浅谈电源滤波原理和避免干扰方法

周二, 13 三月 2018 - 11:23

滤波电容可以降低电源的交流阻抗，原因就是实际电源总有内阻，传输线路也有阻抗，去耦电容可以让一部分瞬间变化的电流直接在电容上交换。DC/DC电源电路具有功耗低，功率高的优点，吸收式滤波有电容和电容电路构成，可以将噪声彻底消除。

DC/DC电路噪声：文波和噪声 
DC/DC电源电路具有功耗低，功率高的优点，但同时由于DC/DC电路转换通过开关方式完成，造成不可避免的噪声引入，具体为电源电路的纹波和噪声。

在高速电路设计中，高端芯片往往对电源的纹波和噪声有比较严格的要求，一般要求电源纹波控制在电源电压的1%之内，而噪声应限制在电源电压的3%-5%之内。对DC/DC电源而言，虽然效率比LDO更高，但由于其工作依赖不断开关的MOSFET，导致纹波和噪声都相对较大。

纹波和噪声都是电源的波动。 
纹波：☞电源波动中的低频成分，一般低于5MHz，产生原因为MOSFET的开关动作。

噪声：☞电源波动中的高频成分，一般高于5MHz，且成分较复杂，一般包括MOSFET的开关噪声、白噪声，以及周围信号的干扰等。
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对于纹波和噪声的消除方法，常见的有吸收式滤波和反射式滤波：

吸收式滤波：吸收式滤波有电容和电容电路构成，可以将噪声彻底消除。

反射式滤波：由π，T或L或LC滤波电路组成，其原理是使直流信号无衰减的通过滤波电路，而频率较高的纹波和噪声则被返回至源端。利用了滤波电路的阻抗失配达成滤波效果。其特点是滤波电路并不能将噪声完全消除，干扰仍然存在于电路中。根据源端阻抗和负载端阻抗的不同，有以下四种反射式滤波电路可供选择。DC/DC电路中常用（a）和（c）。
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电路的滤波原理是反射，干扰仍会存在于电路中，因此为避免这些干扰对其他电路的影响，需要采取其他一些措施：

增加滤波电容。单纯的电容和磁珠都具有将噪声完全滤除噪声的作用。
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如上图所示，为减小输入端电源电路的干扰对电源电路的影响，需在A处放置电源滤波电路，其效果是将干扰反射回3.3V电源平面，而为避免反射的这些干扰对其他3.3V器件的影响，要在B处放置若干滤波电容。

将磁珠串联在LC滤波电路上，利用磁珠吸收电源干扰。如下图所示
<img alt="将磁珠串联在LC滤波电路上，利用磁珠吸收电源干扰" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="32252d97-0b20-4972-a808-3221a53afe54" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%B0%86%E7%A3%81%E7%8F%A0%E4%B8%B2%E8%81%94%E5%9C%A8LC%E6%BB%A4%E6%B3%A2%E7%94%B5%E8%B7%AF%E4%B8%8A%EF%BC%8C%E5%88%A9%E7%94%A8%E7%A3%81%E7%8F%A0%E5%90%B8%E6%94%B6%E7%94%B5%E6%BA%90%E5%B9%B2%E6%89%B0.png" />
这样既发挥了LC滤波电路的反射功能，又充分利用了磁珠对纹波和噪声等干扰的吸收功能。

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