噪声对策指南

噪声对策的基础 【第3讲】 噪声滤波器的原理

噪声对策的基础

<噪声滤波器即低通滤波器>

在上次的第二讲中,我们向大家说明了数字信号中的高频成分是影响数字设备性能的主要原因,容易形成噪声。 因此,如果使用低通滤波器,就可以让低频信号通过,阻止高频信号,从而去除噪声。      
低通滤波器的组成元件有电感(线圈)和电容。电感特性如第一种所示,相对于低频部分(类似电阻:阻抗越高信号越难通过)阻抗也较低,频率越高阻抗也越高。

式1  |Z|=2π∙f∙L  (Z:阻抗 f:频率  L:电感値)

因此,如果将电感串联插入噪声通道,频率较低的信号成分将容易通过,频率较高的噪声成分将不易通过。

电感作为低通滤波器的工作特性
图1 电感作为低通滤波器的工作特性

另一方面,电容的特性与电感恰恰相反,频率越低阻抗越高,频率越高阻抗越低。

式2  |Z|=1/(2π∙f∙C)   (Z:阻抗 f:频率 C:静电容量)

低通滤波器如果要利用该特性,就需要将电容插入噪声通道与地线之间。如此一来,低频信号能够照常通过,高频噪声成分因接地侧的阻抗较低,将流向接地侧,从而达到降噪效果。

电容作为低通滤波器的工作特性
图2 电容作为低通滤波器的工作特性

上述两种元件是最简单的低通滤波器,可以通过相互的组合,构成高性能的低通滤波器。

 

<滤波器的元件数与频率特性>

图3显示了组成滤波器的元件数与滤波器频率特性之间的关系。想知道什么是插入损耗,可以看一下图中各滤波器的信号衰减量,图越往下衰减量越多。从图上我们可以看到,滤波器中的元件越多,频率特性的斜率就越大。元件较少的滤波器的频率特性范围较窄(斜率较小),衰减频率及通过频率的选择度较低,有可能导致部分信号衰减或者噪声没有彻底去除。另一方面,元件较多的滤波器的频率特性范围较宽(斜率较大),频率的选择度较高,信号可以在几乎不衰减的状态下去除噪声。

图3 滤波器元件数与频率特性

EMI滤波器较多是参考了低通滤波器的原理制作而成,为了提高除噪效果,经过了反复多次设计验证。
下一讲开始,将向大家介绍EMI滤波器的相关内容。

 

担当:村田制作所 三屋 康宏

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