非常详细的共模电感及滤波器的设计！

共模电感及滤波器的高级设计与分析

在电子设备的设计与开发中，共模电感与滤波器是两个至关重要的组成部分。本文旨在深入探讨共模电感的设计及其影响，同时介绍滤波器的多级界面，以及在不同应用场景下的具体设计策略。通过理论分析与实例验证相结合的方式，力求为读者提供全面、深入的理解。

共模电感

共模电感常用于抑制共模信号（即两路信号间公共的噪声或干扰信号）对电路系统的不利影响。这类电感具有两种基本绕线方式：双线并绕与两组线圈分开绕制（如图1所示）。




双线并绕特点在于：


较小的差模电感，这意味着它在处理信号通路时，对共模信号的隔离效果更佳。


较高的耦合电容，有利于电线之间的滤波效果。


较小的漏感，减少了不必要的能量损失。


两组线圈分开绕则具有的特点是：


较小的耦合电容，减少各线圈间相互影响。


较高的漏感，可能增加电路的损耗。


因此，在特定应用下选择绕线方式尤为重要，如电源线滤波、信号线隔离等。


电感量的计算

例1中提到，测量得到的电感量可能是10mH。这一结果基于有效的并联或耦合电感原理。

例2中显示的测量结果为40mH，其原理基于磁环电感量的计算公式，考虑到磁路的有效长度、线圈圈数、截面积等因素。

共模电感的饱和情况分析

共模电感在合理应用时不容易发生饱和现象，特别是处理低于磁饱和电流一致稳定的干扰电流时。若考虑差模电流流经，磁路无明显磁通变化，损耗小，几乎不会导致饱和。

然而，分析共模电流时问题复杂，其原理涉及到磁通叠加、互感电动势作用等。共模电流流经共模电感时，产生磁通相加的关系，从而影响电感量。理解这一原理对设计共模电感和分析其行为至关重要。

共模和差模的概念

共模与差模信号是电信号处理中的重要概念。共模主要是指线间或系统间共有的干扰，通常通过共模电感进行抑制。差模信号则是指在信号线间的差异，其干扰通常通过专门的差模电感滤波器处理。

EMI抑制与特殊电容

在实际应用中，EMI问题涵盖多方面细节，如变压器绕制、屏蔽加成、特殊电容的选择等。抑制高频噪声的有效电容，称作“Feedthrough”，具有低ESR和ESL（等效串联电阻和感抗），适于滤除高频电磁干扰。

滤波电路设计与分析

滤波电路在本质上需分析所需的衰减度、灵敏度和目标信号的频率范围。滤波器的阶数决定滤波的复杂度和效率，且不同阶数滤波器对不同频率带宽范围内的信号有不同的衰减能力。多级滤波系统的设计需兼顾信号完整性与噪声抑制效果。

常识与性能参数

设计时需注意到的因素包括但不限于电感量、工作频率、电容 efficencies、ESR（电容或电感的电阻成分）、ESL（电感的等效串联电感）以及损失率。在PCB布局中，正确理解这些概念与参数有助于实现更高效的电路布局。