濾波在PCB設計中扮演著雙重角色：既包括專門的信號濾波器設計，也涉及大量電源濾波電容的運用。濾波之所以不可或缺，主要基于兩方面原因：其一，傳導噪聲無法完全通過其他方式抑制，尤其是信號進出設備時需要有效濾波；其二，集成電路狀態變化會在電源上產生噪聲，進而影響芯片正常工作。

圖1 電源走線上存在有一定的電感

----///電源噪聲的產生與抑制///----

在電子電路中，電源走線天然存在等效電感。當IC輸出狀態從0變為1時，需要從電源為負載電容充電。由于電源回路上存在等效電感，電流變化會在此電感上產生電壓波動(ΔV)。這種波動既可能導致功能失效，也會成為主要輻射源增大電磁干擾。

解決方案是應用濾波電容：當IC輸出狀態變化時，所需瞬時電流由貼近IC的濾波電容提供，而非遠端電源，從而避免了電源線上等效電感引起的噪聲。

圖2IC1的輸出狀態變化引起電源的波動

圖3 電源濾波電容的應用

----///常用濾波器件特性///----

電阻

電阻通常不單獨用于濾波，而是與電容組合形成RC濾波網絡。值得注意的是，電阻因引線電感(ESL)與寄生電容影響，在高低頻下呈現顯著不同的特性。

圖4 導線、電阻、電感與電容的高頻特性與低頻特性

電感

電感因引線電阻(ESR)和寄生電容的存在，具有自諧振頻率(f?)特性。在低于f?的頻率范圍內表現為電感特性，而高于f?時則呈現電容特性，這在計算濾波器插入損耗時需特別注意。

電容

電容是濾波電路中最常用的元件，其特性決定了濾波效果。理想電容在頻率增加時阻抗降低，但實際電容因ESR和ESL影響，在高頻下性能受限。

鐵氧體磁珠

鐵氧體磁珠是由鐵、鎳、鋅氧化物混合而成的磁性材料，具有高電阻率和較高磁導率(約100~1500)。其特點是低頻電流幾乎無衰減通過，而高頻電流受到顯著損耗轉化為熱量散發。相比普通電感，鐵氧體磁珠在高頻下呈現電阻性特性，能在寬頻率范圍內保持高阻抗，從而提供更好的高頻濾波效果。

圖5 典型的鐵氧體磁珠的頻率特性(資料來源: muRata)

共模電感

共模電感通常由兩個繞制在同一鐵氧體環上的相同線圈構成。其工作原理是：共模電流產生的磁通相互疊加，形成大電感抑制共模噪聲；而差模電流產生的磁通相互抵消，幾乎無電感，允許差模信號無衰減通過。

圖6 典型的共模電感的頻率特性(資料來源: muRata)

下期我們來聊聊濾波電路.............