在现代电子设备的 PCB 设计中，滤波技术是保障信号处理准确和电源稳定的关键环节。滤波在 PCB 设计中具有双重作用，一方面涉及专门的信号滤波器设计，另一方面大量运用电源滤波电容。滤波之所以必不可少，主要基于两个重要原因。其一，传导噪声难以通过其他手段完全抑制，特别是在信号进出设备时，需要有效的滤波措施来保证信号的纯净度。其二，集成电路状态的变化会在电源上产生噪声，这些噪声可能会干扰芯片的正常工作，因此需要滤波来消除或降低其影响。

电源噪声的产生与抑制

在电子电路里，电源走线本身存在等效电感。当 IC 输出状态从 0 转变为 1 时，需要从电源为负载电容充电。由于电源回路上的等效电感存在，电流的变化会在该电感上产生电压波动 (ΔV)。这种电压波动不仅可能导致电路功能失效，还会成为主要的辐射源，增加电磁干扰。

为了解决这个问题，通常会应用滤波电容。当 IC 输出状态发生变化时，所需的瞬时电流由贴近 IC 的滤波电容提供，而不是从远端电源获取。这样就避免了电源线上等效电感引起的噪声，保证了电源的稳定性。

常用滤波器件特性

1. 电阻：电阻一般不单独用于滤波，而是与电容组合形成 RC 滤波网络。需要注意的是，电阻由于存在引线电感 (ESL) 与寄生电容，在高低频下会呈现出显著不同的特性。在低频时，电阻主要表现为其标称阻值的特性；而在高频时，引线电感和寄生电容的影响会使电阻的实际特性发生改变。
   

   

   
   图 4 导线、电阻、电感与电容的高频特性与低频特性
2. 电感：电感由于引线电阻 (ESR) 和寄生电容的存在，具有自谐振频率 (f?) 特性。在低于 f?的频率范围内，电感表现为正常的电感特性，能够储存和释放磁能；而当频率高于 f?时，电感则呈现出电容特性。在计算滤波器插入损耗时，必须特别注意电感的这一特性，以确保滤波器的性能符合设计要求。
3. 电容：电容是滤波电路中常用的元件，其特性直接决定了滤波效果。理想情况下，电容在频率增加时阻抗会降低。但在实际应用中，由于 ESR（等效串联电阻）和 ESL（等效串联电感）的影响，电容在高频下的性能会受到限制。不同类型的电容，如陶瓷电容、电解电容等，在不同频率范围内的滤波效果也有所差异。
4. 铁氧体磁珠：铁氧体磁珠是由铁、镍、锌氧化物混合而成的磁性材料，具有高电阻率和较高磁导率 (约 100 - 1500)。其显著特点是低频电流几乎可以无衰减地通过，而高频电流会受到显著损耗，并转化为热量散发。与普通电感相比，铁氧体磁珠在高频下呈现电阻性特性，能够在较宽的频率范围内保持高阻抗，从而提供更好的高频滤波效果。
   

   

   
   图 5 典型的铁氧体磁珠的频率特性 (资料 muRata)
5. 共模电感：共模电感通常由两个绕制在同一铁氧体环上的相同线圈构成。其工作原理基于磁通量的叠加和抵消。当存在共模电流时，两个线圈产生的磁通相互叠加，形成较大的电感，从而抑制共模噪声；而对于差模电流，两个线圈产生的磁通相互抵消，几乎不存在电感，允许差模信号无衰减地通过。
   

   

   
   图 6 典型的共模电感的频率特性 (资料 muRata)