滤波器

滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分。利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。换句话说，凡是可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减或抑制其他频率成分的装置或系统都称之为滤波器。滤波器，是对波进行过滤的器件。“波”是一个非常广泛的物理概念，在电子技术领域，“波”被狭义地局限于特指描述各种物理量的取值随时间起伏变化的过程。该过程通过各类传感器的作用，被转换为电压或电流的时间函数，称之为各种物理量的时间波形，或者称之为信号。因为自变量时间是连续取值的，所以称之为连续时间信号，又习惯地称之为模拟信号(Analog Signal)。

滤波是信号处理中的一个重要概念，在直流稳压电源中滤波电路的作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。

按所处理的信号分为模拟滤波器和数字滤波器两种。

按所通过信号的频段分为低通、高通、带通、带阻和全通滤波器五种。

低通滤波器：它允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声；

高通滤波器：它允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量；

带通滤波器：它允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声；

带阻滤波器：它抑制一定频段内的信号，允许该频段以外的信号通过，又称为陷波滤波器。

全通滤波器：全通滤波器是指在全频带范围内，信号的幅值不会改变，也就是全频带内幅值增益恒等于1。一般全通滤波器用于移相，也就是说，对输入信号的相位进行改变，理想情况是相移与频率成正比，相当于一个时间延时系统。

按所采用的元器件分为无源和有源滤波器两种。

根据滤波器的安放位置不同，一般分为板上滤波器和面板滤波器。

板上滤波器安装在线路板上，如PLB、JLB系列滤波器。这种滤波器的优点是经济，缺点是高频滤波效果欠佳。其主要原因是：

1、滤波器的输入与输出之间没有隔离，容易发生耦合；

2、滤波器的接地阻抗不是很低，削弱了高频旁路效果；

3、滤波器与机箱之间的一段连线会产生两种不良作用： 一个是机箱内部空间的电磁干扰会直接感应到这段线上，沿着电缆传出机箱，借助电缆辐射，使滤波器失效；另一个是外界干扰在被板上滤波器滤波之前，借助这段线产生辐射，或直接与线路板上的电路发生耦合，造成敏感度问题；

滤波阵列板、滤波连接器等面板滤波器一般都直接安装在屏蔽机箱的金属面板上。由于直接安装在金属面板上，滤波器的输入与输出之间完全隔离，接地良好，电缆上的干扰在机箱端口上被滤除，因此滤波效果相当理想。

滤波器的主要参数：

中心频率（Center Frequency）：滤波器通带的频率f0，一般取f0=（f1+f2）/2，f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点。窄带滤波器常以插损最小点为中心频率计算通带带宽。

截止频率（Cutoff Frequency）：指低通滤波器的通带右边频点及高通滤波器的通带左边频点。通常以1dB或3dB相对损耗点来标准定义。相对损耗的参考基准为：低通以DC处插损为基准，高通则以未出现寄生阻带的足够高通带频率处插损为基准。

通带带宽：指需要通过的频谱宽度，BW=（f2-f1）。f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准。

插入损耗（Insertion Loss）：由于滤波器的引入对电路中原有信号带来的衰耗，以中心或截止频率处损耗表征，如要求全带内插损需强调。

纹波（Ripple）：指1dB或3dB带宽（截止频率）范围内，插损随频率在损耗均值曲线基础上波动的峰值。

带内波动（Passband Ripple）：通带内插入损耗随频率的变化量。1dB带宽内的带内波动是1dB。

带内驻波比（VSWR）：衡量滤波器通带内信号是否良好匹配传输的一项重要指标。理想匹配VSWR=1：1，失配时VSWR 大于1。对于一个实际的滤波器而言，满足VSWR小于1.5：1的带宽一般小于BW3dB，其占BW3dB的比例与滤波器阶数和插损相关。

回波损耗（Return Loss）：端口信号输入功率与反射功率之比的分贝（dB）数，也等于20Log10ρ，ρ为电压反射系数。输入功率被端口全部吸收时回波损耗为无穷大。

阻带抑制度：衡量滤波器选择性能好坏的重要指标。该指标越高说明对带外干扰信号抑制的越好。通常有两种提法：一种为要求对某一给定带外频率fs抑制多少dB，计算方法为fs处衰减量；另一种为提出表征滤波器幅频响应与理想矩形接近程度的指标——矩形系数（KxdB大于1），KxdB=BWxdB/BW3dB，（X可为40dB、30dB、20dB等）。滤波器阶数越多矩形度越高——即K越接近理想值1，制作难度当然也就越大。

延迟（Td）：指信号通过滤波器所需要的时间，数值上为传输相位函数对角频率的导数，即Td=df/dv。

带内相位线性度：该指标表征滤波器对通带内传输信号引入的相位失真大小。按线性相位响应函数设计的滤波器具有良好的相位线性度。

滤波器的作用是可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号，或消除一个特定频率后的电源信号。利用滤波器的选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。

滤波器按所通过信号的频段分为低通滤波器，允许信号中低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声；高通滤波器，允许信号中的高频分量通过，抑制低频或直流分量；带通滤波器允许一定频段的信号通过，抑制低于或高于该频段的信号、干扰和噪声等。

1、差模的通过带宽选择

原则：数据信号通过所需的频带≧最大传输速度的1.5倍。

（1）常见高速数据信号的传输速度；

（2）因此得出常见高速信号要求滤波器的带宽表如下：

（3）带宽计算方法：信号的通过带宽以-3dB为截止频率（cut off frequency），因此下图的共模滤波器的带宽是3G；

2、共模阻抗（在100MHZ频率下测试的共模阻抗值）。

原则：在带宽满足条件下一般选择共模阻抗大，差模阻抗小的产品。

3、封装，根据具体需求选择合适尺寸（长*宽mm）。

4、直流阻抗（DC Resistance ）

原则上直流阻抗越小越好。

5、额定电流和额定电压

共模滤波器额定电压一般都大于5V，额定电流大于100mA，考虑到差分信号一般都是电压和电流很小，所以一般都能满足。

滤波器的使用：为了提高电源的品质、电路的线性、减少各种杂波和非线性失真干扰和谐波干扰等均使用滤波器。对武器系统来讲，使用滤波器的场所有：

1，除总配电系统和分配电系统上设置电源滤波器外，进入设备的电源均要安装滤波器，最好使用线至线滤波器，而不使用线至地滤波器；

2，对脉冲干扰和瞬变干扰敏感的设备，使用隔离变压器供电时，应在负端加装滤波器；

3，对含电爆装置的武器系统供电时，应加滤波器。必要时，电爆装置的引线也要加装滤波器；

4，各分系统或设备之间的接口处，应有滤波器抑制干扰，确保兼容；

5，设备和分系统的控制信号，其输入和输出端均应加滤波器或旁路电容器。