5 个简单的带通滤波器技巧，让 PCB 信号更出色

如果您想获得更好的射频 PCB 信号，就应该关注信号质量和可靠性。

• 阻抗匹配不良、噪声过大或屏蔽薄弱都会导致信号反弹和功率损失。
• 通过使用简单的带通滤波器技巧，您可以改变频率的作用方式，阻止不必要的噪音。
• 这些技巧既能帮助业余爱好者，也能帮助工程师，因为它们使用了简单的 RLC 电路和精心设计。
  尝试一下这些步骤，你会发现你的 PCB 工作得更好。

主要收获

将电容器和电感器放在附近。保持短路线。这有助于防止出现问题，并使滤波器保持良好的工作状态。

• 使用带有大量接地孔的稳固接地平面。这样可以在带通滤波器中阻止噪声并保持信号干净。
• 缩短 PCB 线路 和直线。这有助于防止信号丢失，保持射频信号的强度和清晰度。
• 挑选优质电容器 和低损耗的电感器。确保它们具有严格的公差，以保证滤波器工作稳定可靠。
• 在滤波器周围添加合适的屏蔽层。这样可以阻隔外界噪音，使信号在嘈杂的环境中更加清晰。

组件安置

尽量减少寄生虫

在印刷电路板上制作带通滤波器时，将每个 部分 是非常重要的。寄生效应会潜移默化地改变滤波器的工作方式。寄生电容会在线路和地平面之间形成。它可以是 约 2pF.寄生电感也会出现。正常导体尺寸的寄生电感通常在 2nH 左右。这些不必要的影响会移动滤波器的频率，使其效果变差。

您可以做一些简单的事情来减少寄生虫：

• 将电容器和电感器靠得很近。
• 缩短痕迹 以降低额外的电感和电容。
• 请勿在长距离内相邻布线。这会导致串扰。
• 在滤波器线路下一直使用接地平面。
• 选择低 ESL 电容器，不要使用平面跟踪电感器。它们可能会产生难以猜测的寄生效应。

小贴士 较短的迹线和紧凑的布局有助于带通滤波器保持其形状，并阻挡您不想要的信号。

减少信号损失

信号损耗会使滤波器无法通过正确的频率。长线路会增加电阻和电感。这会使信号变弱。通孔也会增加寄生电感，因此只有在必要时才使用。将带通滤波器连接到其他射频部件时，信号路径要短且简单。

下面是一份降低信号损耗的快速清单：

• 将滤波器靠近信号源。
• 使用最短、最直的轨迹。
• 让部件靠近地平面，以控制寄生效应。
• 以直角布线敏感线路。这有助于阻止磁耦合。

如果您做到了这些，您的 带通滤波器 这样可以让正确的信号通过，并阻挡噪音。良好的位置还有助于滤波器与其他射频部件良好配合。这样就能保持信号的强度和清晰度。.

带通滤波器接地

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接地方法

带通滤波器需要良好的接地才能正常工作。 将射频部件放在坚固接地平面的正上方.这种设置可保持信号之间的距离，并使输入阻抗保持稳定。设计印刷电路板时，将信号层放在接地层旁边。这有助于控制阻抗和降低信号损耗。

短线迹有助于消除不必要的影响。让信号线位于没有破损的地平面之上。不要让信号线穿过接地点上的任何切口。如果使用双面印刷电路板，则用大量通孔连接接地层。这将为回流提供一个低阻抗路径。将接地孔靠近滤波器部件。这样可以保持较短的回流路径，并阻止信号反射。

让射频模拟部件远离数字部件。这样可以防止数字噪声传入滤波器。使用设计工具检查布局，确保阻抗得到控制。

避免噪音

良好的接地可阻止噪音和干扰。在高频情况下，回流电流会在信号轨迹下流动。如果破坏接地平面，就会产生噪声和信号损失。请保持接地平面牢固，不要将其分割。

下面的表格显示了接地选择对噪声和干扰的影响：

问题	对噪音和干扰的影响	解决方案
高速设计中的分割平面	信号损耗、串音、更多电磁干扰	在高速线路下使用稳固的接地平面
Via Placement 不足	更多的 EMI，浪费的功率	添加多个接地孔并使用大面积铜接地平面
混合信号干扰	模拟信号中的数字噪音	独立的模拟和数字地平面，仅在 ADC/DAC 下连接

接地层为回流提供了低阻抗路径。通过缝合连接接地层，降低回路电感。这些步骤有助于带通滤波器阻隔噪声，即使在高频情况下也能保持信号的纯净。

PCB 线路短路

信号完整性

短线迹有助于保持射频信号的强度和纯净度。长线迹则会增加电阻和电感。这会使信号变弱，并改变滤波器的频率。PCB 材料也会造成更多的信号损耗。通道损耗来自集肤效应和介质衰减。您需要了解自己的设计极限，以保持信号清晰。

您可以使用此表查看不同数据传输速率下应使用的最长迹线。这些数字基于高频 PCB 材料和行业规则：

数据传输速率（千兆比特/秒）	最大跟踪长度（米）	说明
10.3	1.0	10GBASE-KR、Megtron 6、7 密耳痕迹
25.8	1.25	25GBASE-KR，需要背面钻孔
51.6	1.21	50GBASE-KR，需要背面钻孔

跟踪偏斜应小于时钟周期的 5%。在 FR4 上，迹线长度差应小于 44 毫米。电气长度比物理长度更重要。PCB 的介电常数会改变情况。如果迹线过长或不匹配，就会出现相位失真和信号问题。

小贴士 更短的线路意味着更少的信号损失和噪音问题。

直接路由

直接路由是指保持信号路径直而短。这有助于阻止串扰、反射和不必要的耦合。不要使用 90 度急弯。使用 45 度角来降低反射。将重要的射频部件靠近电路板边缘，以减少干扰。

试试这些路由提示：

• 保持射频导线之间的间距至少为导线宽度的三倍。
• 在信号线之间使用接地浇注和缝合通孔，以实现更好的隔离。
• 不要将高频信号和低频信号并联。
• 在图层上以直角放置痕迹。
• 尽可能减少射频线路中的过孔，以避免阻抗变化。

这些步骤有助于带通滤波器保持其形状并阻挡不需要的信号。直接布线和短线迹为您提供强大而可靠的射频信号。

优质无源元件

电容器和电感器

选择正确的 电容器和电感器 您的射频设计。好的部件有助于您 带通滤波器 运行良好，使用寿命更长。请注意以下几点

• 低损耗：好的电容器和电感器不会浪费太多能量。这样就能保持信号的强度。
• 数值稳定：选择公差小的零件。它们的值会保持在您想要的范围内。
• 低寄生效应：寄生效应会改变滤波器的工作方式。使用专为射频设计的部件可将这些影响降至最低。
• 良好的功率处理能力：确保部件能够承受电路中的功率。它们不应太热。
• 低温漂移：有些部件在变热或变冷时会改变数值。选择温度系数较低的部件可保持滤波器的稳定性。

PCB 材料也很重要。稳定的介电常数可保持滤波器中心频率的稳定。耗散因数低的材料有助于降低信号损耗，使滤波器更加清晰。如果印刷电路板吸水较多，湿度会改变介电常数，影响性能。基于 PTFE 的层压板具有高介电常数和低损耗。这有助于制造小型高效滤波器。

性能稳定

您希望滤波器每次都能以同样的方式工作。如果无源元件质量不佳，滤波器的频率就会发生偏移或变得不那么尖锐。如果电阻或电容的公差过大，滤波器的截止点就会移动。温度变化或老化也会使部件偏离其原始值。

要保持您的 带通滤波器 稳定：

• 使用温度系数低的精密零件。
• 注意电容器的老化，如电阻上升。
• 设计时要留有余地，以免小的改动影响性能。
• 经常测试过滤器，必要时重新校准。

小贴士 选择好的部件并经常进行测试，有助于过滤器保持锋利和可靠。

滤波器屏蔽

简单屏蔽

您可以通过添加屏蔽层使印刷电路板更好地工作。屏蔽就像一堵墙，可以阻隔你不想要的信号。有多种屏蔽带通滤波器的方法。A 法拉第笼 是一种强有力的方法。它用一个金属盒或金属罐盖住过滤器。这个盒子可以阻止外界噪音进入。确保所有接缝和开口都严丝合缝。即使是微小的缝隙也会让高频信号通过。

您还可以用金属壁将 PCB 分成几个部分。这样可以防止部件之间相互干扰。根据需要选择屏蔽材料。铜适合大多数工作。铝更轻、成本更低，但需要更厚。镍银适合在潮湿的地方使用。导电弹性体和织物有助于弥合缝隙并易于弯曲。

小贴士 及早规划屏蔽，以免日后出现问题。

下面的表格列出了常见的屏蔽材料及其作用：

材料	主要特性和用途	效果与说明
铜	高导电性、耐腐蚀	对 EMI/RFI 屏蔽最有效
铝质	重量轻、成本效益高	适度保护，需要增加厚度
镍银	耐用、耐腐蚀	适用于中频至 GHz，易于焊接
钢	低频下的强磁屏蔽	效果取决于合金和加工工艺
Mu-Metal	超高磁导率	最适合低频磁屏蔽
导电弹性体	灵活、密封、减震	适用于垫圈和连接器
导电织物	轻便、灵活	用于便携式设备和电缆屏蔽

阻隔射频噪声

您可以通过一些简单的步骤来阻止射频噪音。在滤波器周围放置金属罐或金属墙。根据信号频率选择合适的材料。铜和铝适合高频。Mu-金属和钢有助于消除低频的磁性噪音。

• 用非电阻路径将屏蔽层连接到地。
• 使用一个点将屏蔽接地，以阻止循环。
• 在屏蔽层和接地平面之间放置接地带。
• 请勿使用阻抗电流的接地平面。
• 接缝和电缆孔要非常小。
• 使用射频垫圈或网片来填补任何缝隙。

同时使用屏蔽、接地和良好的布局。这就是屏蔽电磁干扰的最佳方法。测试屏蔽印刷电路板是否运行良好。只要做到这些，带通滤波器就能阻隔噪声，保持信号清晰。

以下是一份简单的清单，可帮助您识别 PCB 信号：

• 将部件放在一起，以降低寄生效应。
• 使用强接地和大量通孔来阻止噪音。
• 尽量缩短路径，并以直线方式发送信号。
• 选择好的电容器和电感器，以获得稳定的效果。
• 添加屏蔽层以阻挡您不想要的射频噪声。

如果您使用这些技巧，您的信号就会变得更强，噪音也会更小。请看下图，了解如何让您的印刷电路板更好地工作：

您可能会遇到阻抗失配、串音或 EMI 等问题。仔细的布局和测试可以帮助您解决这些问题。如果您想了解更多信息，可以阅读 Knowles 博客或 ARRL 手册中的提示和实际案例。
您尝试过这些技巧吗？请在下面分享您的成果或问题。不断尝试新事物，让你的 PCB 设计更加出色！

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