 |  | | | | 如，这里设计一个通带频率50MHz，阻带频率200MHz的4阶滤波器，可得到上图的结果。软件会自动给出相关电路和S参数等相关数据。
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|  | | | | | | CST软件中自带滤波器设计模块Filter Designer 2D，该模块与Filter Solutions几乎一样。方便的是，Filter Designer 2D提供了自动生成仿真模型的接口，可与CST同时仿真。
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| | | | | | | | | 采用CST MWS工作室创建滤波器电路模型，模型中电路板长度80mm，宽度40mm，并且按照Filter Designer 2D中给出的S参数结果，分别选择40MHz、50MHz、65MHz、90MHz、210MHz设置电场和磁场监视器。
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| | | | | | | | | | | CST仿真结束后给出仿真结果，查看S参数，发现给出结果中-3dB与-10dB对应频率均较Filter Designer 2D中给出的曲线提前了。个人认为是模型中铺铜引入的分布参数导致的。
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| | | | | | | | | | | | | 该滤波器电路并不对称，作为一个双端口网络，25MHz以下的S参数中，端口1的回损更低。
于20.8MHz新建电场监视器，查看该频率下2个端口分别看进去的表面电场分布情况。1端口中可以看进网络第一个电容附近电场较强。对应的2端口中看进网络第一个电感附近电场较强。可以解释，即使低频情况下，电感仍然有较高的阻抗，而电容仍可提供低阻抗回路。
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| | | | | | | | | | | | | | | 查看S参数，在90MHz时，S21为-26.87dB，S12为-28.28dB。而根据理论，无源线性网络中S21与S12相等，这里不等的解释是由于公共阻抗耦合导致的。查看90MHz下的电场分布情况。可以看出2端口看如网络的情况下，地平面的电场分布想必1端口下更广，更接近element 3对应接地管脚。电源噪声从右边接地管脚到地后，又由左边管脚，经element 3到左侧端口，从而降低了两个端口之间的隔离度。
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1端口S12
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2端口S21
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| | | | | | | | | | | | | | | | | 从上面的结果中可以看出，端口1接噪声源可以得到更好的滤波效果，并且在通带内的回损更低。实际电路中的滤波器无法实现与软件设计完全一致。一般情况下会采用2个或3个左右共模电感，多组X电容和Y电容配置组成滤波电路。电感感值不同，Y电容的大小也常常不同，那么如何配置才能得到最佳的滤波效果。
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 模型本身是否内置了寄生参数，如果没有的话，等于是瞎忙 |
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| | | | | | | | | |  | | | | | | | | | | | | | LC模型采用理想模型，实际模型没有相应感值和容值的供选择。ANSYS symplorer中有相应的模型库，选用相近的器件，在和HFSS联合仿真后可以得到相近的结果。单独查看symplorer模型文件的S参数，其谐振点高于本文讨论的频率，所以这里用理想模型没多大问题。 |
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| | | | | | | | | | | 直接百度，网上资源比较多的，搜我上面写的软件名字就可以了
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| | | | | | | 从上面结果可以看出，经Y电容下地的电源噪声会由金属机壳和pcb板上布线到靠近电源输入端的另一颗Y电容管脚。跟示意图上差不多。金属机壳的路径无法打断，所以我在PCB板上将两个Y电容对地的布线打断。打断位置放了一枚1KΩ的电阻。仿真完成后得到S参数和电场分布等结果，从结果上看打断之后确实增加了滤波电路的插入损耗。在不改变其他参数的情况下，滤波效果提升了。得到的插入损耗更接近采用Filter Designer中的结果，接近200MHz的位置插入损耗更低。
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| | | | | | | | | 同7楼的电场图进行对比，在打断地线后，整个滤波电路的表面电场增加了，但两颗Y电容的隔离度增加了。将跨接在中间的电阻阻值一直加大，会发现他们之间的隔离度伴随着增加，直至去除电阻（变为开路）为止。最终开路后的S参数可以看出除了靠近200MHz附近的插损更低，其他几乎没什么变化。
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| | | | | | | | | | | 滤波器设计中，增加级数会获得更低的插入损耗。所以一般情况下，在当前滤波电路无法满足设计要求的情况下，大都采用增加滤波器级数的方法。我也尝试过很多遍，但跟不断增加的级数相比，增加的插损并不理想，有时甚至会起到反作用。这里用Filter Designer对同一滤波参数设计5级滤波电路，可以看到，高频处接近200MHz位置较4级滤波电路相比，降低了22dB左右。虽然只增加了一个电容，带来的衰减还是很可观的。在不改变模型尺寸的前提下，修改LC元件参数，求解5级滤波电路在三维模型中的结果。
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| | | | | | | | | | | | | 从S参数来看，5级滤波电路在整个频段的中频范围可以提供更低的插入损耗，当频率升高后，其插损竟然会出现高于4级滤波电路的情况，这种现象便是我前面说到的（ps：5级滤波电路由于模型具有对称性，所以其S21和S12相等）。为查看感兴趣的高频部分，分别增加350MHz的电场监视器。对比4级和5级滤波电路在350MHz下的电场情况。可以看到，增加一级滤波电容的情况下，为噪声提供了一个新的路径，高频下的Y电容提供了低阻抗的路径，噪声由此重新进入电源线路中，从而使滤波效果降低。
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| | | | | 单纯一颗共模电感，如何了解它的频率特性，如在那一频带附近衰减最大和幅值。
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| | | | | | | | | 了解下，有看过一些外国客户的共模电感规格要求，就有这样的频率插入损耗曲线图，应该是有方法得出的。 |
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| | | | | | | 单一共模电感，想了解其频率特性和CM与DM模式下的插入损耗，查看原件供应商的产品说明书最直接，比较大的厂商，如WE都会提供插损曲线，根据你需要滤波的频率和需要获得的插入损耗，可以很方便的选择元器件。
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| | | | | | | | | 当然，对磁芯材料比较熟悉的前提下，可以自己购买一些磁环，在需要的时候手工绕制。比起主流大厂很长的样品交货周期，这个方法可以解燃眉之急。还有些对磁学理解深刻的大神，自己做的电感参数可以做到成品电感达不到的效果。
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| | | | | | | | | | | 买大厂的好办，买小厂或自已绕时，有那些条件可以得到这个插入损耗
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| | | | | | | | | | | | | 自己绕制的电感，若需要查看其插入损耗，可以借助网络分析仪，直接得出测试频段内的S21参数。自制滤波器的测试也可以采用这种方法。
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| | | | | | | | | | | | | | | | | 频谱仪测单一频点的，可以试试用信号源和频谱仪一起测。
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| | | | | | | 作为无源滤波器，核心元件也就电感和电容了，滤波器中跨接在X电容上的泄放电阻这里就不讨论了。电感和电容各种各样，电容有X电容，Y电容，CBB电容，电解电容等等，决定电容使用的是其ESR和ESL参数。像CBB和电解电容因为工艺问题只能用在直流滤波电路上。电感外形随各种磁芯变化，主要的有环形，方形等。环形因为价格低，所以很常见。决定电感参数的是磁材料，一般常用于电感磁芯的磁材料有非晶/超微晶、铁镍（坡莫合金）、铁粉、铁硅铝、锰锌、镍锌等
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| | | | | | | | | 因为生产磁芯的厂家国内多到数不清，各个厂家的配方不一样，得到的磁芯参数千差万别，同样是镍锌磁环绕制的电感，有些厂家对低频几兆的抑制效果好，有些对高频一百多兆的抑制效果好。其差异主要表现在磁导率上。下面附上一张主流厂家磁芯的参数表。
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| | | | | | | | | | | 磁芯磁导率的选择遵循高频低磁导率，低频高磁导率的准则（也有例外）。下面是一张B-H曲线图，可以看到曲线是非线性的，斜率既是磁导率。所以即使是同一磁芯，其磁导率也是变化的。正因如此，电感的滤波频段是有限的，过高的频率会使B-H曲线变形，磁导率趋近于1，因为B=μH，故高频下的B-H曲线趋近于椭圆形
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| | | | | | | | | | | | | 上图中的磁滞回线为饱和磁滞回线，实际使用中的磁滞回线比其小很多。如下面图中红色曲线所示，若正弦信号从0相位走到180度时，回线包围的面积为abc，其中bcd包围的部分为电感存储的能量，随着磁场H的退去，该部分能量会重新返回电路中。而abd所包围的面积代表一个完整磁化循环中的磁滞损耗。该损耗从一定程度上反映了电感的滤波能力。
用来计算磁芯损耗的公式就是著名的斯坦梅茨公式。
用来制作电感的磁芯都属于软磁材料，软磁材料的B-H曲线很窄，所包围的面积也很小，所以其Q值相对较高。对于反射型滤波电路，可以提供相对较高
的阻抗。而少数B-H曲线较宽的，如铁粉芯材料，可以用来制作吸收型滤波电路，对于高Q值元件可能引起的电路谐振，吸收型滤波更加可靠。
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| | | | | | | | | | | | | | | 对于吸收型的磁芯材料，如铁粉类的，主要用于低频差模滤波。磁环的高磁芯损耗，会将电路中的差模噪声以热的形式消耗掉。与低频反射型滤波不同，铁粉芯的磁导率很低，仅有不到100，同工作频率下非晶/超微晶和锰锌类的磁环磁导率都很高（在一万以上）。所以表征铁粉类磁芯滤波效果的单位是瓦/立方米或者毫瓦/立方厘米。所以对于大功率设备的滤波，磁芯体积应该相应的提高。计算也相对简单，如下图是从淘宝网上一家磁芯生产厂家提供的磁芯参数，仅需将磁芯体积和对应频率下的损耗相乘即可，如500KHz下的磁芯损耗有6W，因为铁粉磁导率较低，故该频率下在电路中提供的阻抗Z也很小（具体根据绕制匝数计算），所以分压较小，6W的磁芯损耗，以电流的形式表征其滤波效果是非常可观的。当然实际绕制过程受气息匝数的限制，无法使磁芯内的磁场趋于饱和，故滤波效果有所折扣。
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| | | | | | | | | | | | | | | | | 铁氧体材料的选择
不同的铁氧体抑制材料，有不同的最佳抑制频率范围，与磁导率有关。除去楼上所说的吸收型的磁芯材料，通常材料的磁导率越高，适用抑制的频率就越低。下面是常用的几种抑制铁氧体材料的适用频率范围：
磁导率. 最佳抑制频率范围
125 >200MHz
850 30MHz～200MHz
2500 10MHz～30MHz
5000 <10MHz
一般拿到手的电感，或者随手找来的磁环绕制的电感，通常都无法知道其确切的磁导率，公司内顶多就个电桥，一般不会有专业测试仪器。下面的式子可以粗略计算出磁芯磁导率。
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | 找了两个滤波器样品，如下图所示（为避免侵犯厂家权利，涂掉商标型号），成品滤波器都会采用金属壳封装，打开内部有大量用于固定的黑胶。金属外壳具有屏蔽效果，但会对于内部滤波电路会引入一些分布参数，如分布电容的影响会削弱滤波器在高频下的滤波效果，电子产品中用于封装的胶水介电常数大致在3~4左右，高介电常数胶水可达20~30，高的介电常数加剧了分布电容的影响，导致其滤波效果变差。小滤波器内部只有一对Y电容，螺柱可以设置在中间位置，对于有两对Y电容的，最好设置在两端。
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | 某一磁导率磁芯，不同电感值的频率特性是否不应受限于上面频率范围？
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 你指的是同一磁芯材料，不同尺寸或者不同匝数的电感吧。其频率特性一样的，不同的是带来的插入损耗有大有小。不同匝数引入的分布参数不一致，如高配电感的匝数一般较少，是为了减少匝间分部电容的影响。
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 同一磁芯不同匝数，感量不同，这样频率特性也应不同吧？
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 感量不同，提供的感抗不同，但是整体的阻抗曲线是相同的，只是匝数少的其阻抗曲线低一些。31楼中的图可以解释，图中除了饱和磁滞回线，使用中的磁滞回线都小一些，电流越小回线面积越小，匝数越少回线面积越小，但都是同一频率下的。也就是说，同一个磁芯，绕10匝其最大衰减频率在20mhz，绕3匝会是20mhz多一点，匝间的寄生电容会使匝数多的电感的最大衰减频率往低频漂移。
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 感抗不同，为什么阻抗典线是相同的，XL= 2πfL，从感抗公式上看是频率越高阻抗越大
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 我表达的不是很清楚，上面说的“阻抗曲线相同”是指曲线的趋势相同，我帮你贴一个伍尔特的产品说明书你就明白了。官网上的pdf只有单个产品的，我用手机拍了张产品手册的。图上是WE-CMBNC系列的电感，大小为M号，磁芯一样，就是匝数线径略有不同，可以看出感值低一些的其最大插损对应的频率高，但是整体比感值低的插损小一些。
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 确实，尤为在差模下，小感量电感插入损耗相差不大，频点偏高，总体相差不大。说明磁芯的频率特性不能简单地用XL= 2πfL表达。 |
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| | | | | | | 关于滤波器设计方面的书籍，我以前上传过一本Arthur B.Williams写的电子滤波器设计，写的不错，这里搬过来分享给大家。
https://bbs.21dianyuan.com/forum.php?mod=viewthread&tid=289931&fromuid=378045
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| | | | | | | | | 细心的朋友可以看到Filter Designer 2D提供了微带线滤波器的设计窗口，新版的filter solution也含有该功能。这里请教一下，有没有哪个比较新潮的用它来做高频滤波的，高频下微带滤波器的尺寸还可以接受，仅仅需要画板时将其画上，配合LC滤波器实现全频段滤波。
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| | | | | | | S11曲线为反射系数，也称为回波损耗，指1端口到2端口的信号被返回1端口的值。S21曲线为插损，是1端口到2端口的传输系数。
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| | | | | | | | | | | 当谐振滤波器的品质因数过高的时候，必须调整的输入电压万一发生变化，就有可能发生振荡。适用于这种情况的稳定准则就是输入滤波器的输出阻抗 在其整个宽频带内都要低于电源模块的输入阻抗Zin，即Zout＜Zin 另外，输入滤波器的转折频率还应该远低于电源模块的临界频率fco，即f(c,filter)≪f(co,converter) 下图给出了实现上述要求的方法，即平行于电源模块的输入口放置一个衰减支节。
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| | | | | | | | | | | | | 衰减器降低了输入滤波器的品质因数，谐振频率下的输出阻抗也随之降低。通过下式，可以计算出在滤波器品质因数Q=1的情况下的衰减电阻Rd ，具体如下：
另外，在实际应用过程中，代表衰减电容Cd容量的数值通常被选择为滤波器电容容量的5~10倍，即 5∙Cf<Cd<10∙Cf
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| | | | | 这个好像不太适合做EMI滤波器，一楼的滤波器设计为50M通带200MHz阻带，对抑制EMI没什么用。
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| | | | | | | 我上面只是举例说明，这个例子只有高频下才能看出差异。软件没有限制频率。现有的器件和滤波器，带宽到200MHz的很常见，如果你需要，设置成1Hz到几百GHz都没问题，这个软件只是基于数学计算给出的拓扑。给出的是理想的参数。
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| | | | | | | | | 我只是觉得主题是电源滤波器设计因此举例最好能与实际情况相符。
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| | | | | | | | | | | 前面只是借助理想模型说明问题，实际的元件参数肯定不会像软件给出的那么简单。这个主要根据对器件的理论认识。因为实际器件并不是线性的，焊接成一个滤波器也会带入大量的分布参数。公司没有lisn，要得到准确的结果只能去外面暗室测试。之前的项目都涉密的，结果不能贴出来，有机会可以单独做个滤波器来对比。
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| | | | | 如果一个滤波器设计软件不能反映绕组结构（精确到到匝间关系的精度），那与实际情况就有相当大的差距。这样把理想电感玩来玩去解决不了实际问题。滤波器的主要问题是电感不是理想的。
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| | | | | | | 要精确到匝间关系的精度，Filter solutions这类软件貌似没有这种功能，但是CST有，Filter solutions设计滤波器是基于经典的电路理论进行计算。想要反应出匝间关系，如趋肤厚度，匝间电容，则需要用电磁场理论。思路是利用filter solution得到理想原件参数，然后选择所需磁材，再根据磁材的物理尺寸，磁导率这些测定参数求解匝数，最后将模型放入CST中（Maxwell也可以进行相关仿真），通过调节匝间距，绕法等等获得最优值。
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| | | | | | | | | 关于电感磁芯形状的差异，电感磁芯的外形种类多样，环形的非常多见，除此之外，还有UU，EE，UF等等。比如UU9.8的在小功率电源中应用就比较多，我买了几个拆机电源都是这个封装的电感，准备测试这些电源的EMI特性，学习并尝试改进其滤波电路设计。那么这些不同外形电感之间有多少差异呢？从伍尔特官网上可以看出差异还是相对明显的。 |
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| | | | | | | | | | | 在伍尔特官网上找了两个近似的电感作为对比，一个ET磁芯的，10mH，0.6A；另一个环形磁芯的，11mH，0.9A。两个参数相近。封装尺寸上，ET电感大一些，焊盘尺寸13*10，高度17.8；环形电感焊盘尺寸10*4.5，高度16。因为ET电感有骨架，所以高度高一些，焊盘比环形的大，是因为电感线圈的摆放方式存在差异，环形的是立起来的，ET是躺下的，所以ET的大一些。因为各项参数相近，可以认为是采用材料参数接近的磁芯制作的。可以看到ET磁芯的插入损耗整体比环形的大，带宽也更宽。
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| | | | | | | | | | | | | 用数学公式近似的计算了EE和环形电感的差异，在体积相同，截面积相同，绕制匝数相同的前提下，EE外形的电感可以带来更大的感值。所以在绕制上，EE获得同样感值的前提下需要的匝数更少，同样因为EE磁芯中磁链采用平躺的方式，更大的避免了匝间寄生电容的影响，所以其滤波带宽更宽，带来的插入损耗更大。
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| | | | | | | 请问，一般小功率电源和大功率电源在滤波器设计上是一样的吗？
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| | | | | | | | | 区别肯定有的，功率差异大的情况下，芯片方案，拓扑结构都不同了，噪声源的特征都变了。肯定需要改变滤波器的设计思路。开关电源了解的不深入，简单的说，分AC/DC和DC/DC吧，AC/DC滤波，电感能发挥更大作用，因为其磁滞回线工作在一三象限，相比DCDC，磁芯对噪声的吸收效果是成倍的（有文献说是2倍，也有说4倍的）。而DCDC中电容可以发挥更大作用，这里可以用电解电容。当然有人说ACDC过电桥后也可以加电解，这里不反对。实际中分立元件开关电源可以这么做，而模块化的开关电源，像全砖，1/2砖的那种是没法加的。
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| | | | | | | | | 从谐波功率来看，小功率谐波功率明显低于大功率，需要的衰减值也小。所以滤波电路级数也少一些。从频率范围来看，大功率的工作负载变化相对较大，所以其开关频率范围变化较大，需要滤波的频段也相对宽一些。所以需要不同种类电感配合使用（如锰锌配合铁粉或镍锌等）
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听课，希望后面有结合实例分析讲解。
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