雜訊抑制濾波器指南

抗噪措施基礎 [第 7 課] LC 複合型 EMI 濾波器

03/14/2012

本文是「LC 複合型 EMI 濾波器」系列文章的續篇。

<將 C 與 L 結合會產生陡峭的插入損耗曲線>

先前已介紹過，相較於僅使用電容器或電感器，若將電容器與電感器結合使用，所產生的插入損耗曲線會更為陡峭。圖 1 顯示了這些特性的圖示。

如圖所示，隨著濾波器元件數量的增加，濾波器插入損耗特性的斜率變得更陡。

<隨著濾波器插入損耗特性的斜率變得更陡峭，訊號與雜訊的選擇性便會增強>

濾波器插入損耗特性的斜率越陡峭，越有助於防止在訊號與雜訊頻率相近時，訊號受到不利影響。圖 2 展示了一個信號頻率相對較高且接近雜訊頻率的範例。當兩者頻率相近，且使用插入損耗斜率平緩的濾波器時，若選用能充分抑制雜訊的常數，也會同時衰減信號中接近雜訊頻率的高次諧波成分。結果，如圖 3 所示，訊號波形會受到干擾。反之，若選用不會影響訊號頻率的參數，則無法充分抑制雜訊。另一方面，若使用具有陡峭插入損耗特性的濾波器，則可選擇性地分離訊號與雜訊，從而抑制對訊號的影響。正因如此，在高速訊號線路中，會採用 LC 複合濾波器來實施雜訊對策，同時將對訊號波形的影響降至最低。

<選擇濾波電路類型>

LC 複合濾波器有各種不同類型，其結構結合了電容器與電感器，具體取決於元件的組合方式。如前所述，增加濾波元件的數量能更有效地分離訊號與雜訊；但即使使用相同數量的元件，仍可採用不同的配置，例如 T 型與 π 型濾波器。決定採用哪種類型的關鍵在於，將濾波器插入的電路之輸入／輸出阻抗。在構成 LC 複合濾波器的元件中，降低電容器與地之間的阻抗可使雜訊逸散至地側，因此將電容器配置在高阻抗區域附近，可增強降噪效果。相反地，電感器的阻抗隨阻抗增加而阻礙雜訊通過，因此將電感器配置在高阻抗區域附近，可增強降噪效果。由此可見，選擇 LC 複合濾波器時的關鍵在於，濾波器前後的阻抗是高還是低。圖 4 展示了這些配置的範例。

<LC 複合濾波器產品的範例>

如前所述，LC 複合濾波器具有設定陡峭插入損耗特性的能力，因此當訊號頻率相對較高且接近雜訊頻率時，常會使用此類濾波器。過去，這類濾波器常應用於電腦的類比 RGB 介面等領域；而近期，其應用正逐漸擴大至手機內的 LCD 模組與相機模組的介面線路中，用於消除手機載波及電視廣播頻段的雜訊。微型化對手機而言是極為重要的課題，因此用於這些應用的 LC 複合濾波器採用多層技術。此外，由於這些位置會並排佈置多條訊號線，因此常使用將四個電路整合於單一封裝中的陣列型濾波器。