LTspice电磁兼容滤波器的设计与**
在本文中，我们将回顾电路中存在的不同类型的噪声。 我们还将讨论如何用LTspice对EMC滤波器进行精确的**模拟。
LTspice是模拟电子电路的有力工具。 它可以执行简单的模拟来验证新设计的功能。 该工具还在短时间内完成复杂的分析，如最坏情况分析、频率响应或噪声分析等。
LTspice在模拟噪声和滤波器方面也很有用。 滤波器是电路中许多应用的关键元件。 特别是采用电磁兼容(EMC)滤波器来降低噪声和干扰。 为了在模拟中获得准确的结果，需要考虑实际的电路现象。 寄生参数在滤波器中起着关键作用，因为它们可以激发相反的效果例如有可能会放大噪声。
在本文中，我们将回顾电路中存在的不同类型的噪声。 然后我们将讨论如何用LTspice对EMC滤波器进行精确的**。
共模噪声和差分噪声
在设计有效的滤波器之前，我们需要知道电路中可能存在什么样的噪声。 下面是一个简单的电路，将有助于解释这两种类型的噪声。
电压源V1产生的电流将流过R1。 然后它将返回到源端(即接地端或参考电压端)。
电压源V1产生的电流将流过R1
在理想条件下，电路中唯一存在的电流和电压将由源V1产生。 如下图所示，与此电流方向相同的噪声称为差模噪声。
差模噪声
第二种情况是出现共模噪声。 在这种情况下，噪声电流的方向与从负载回流到源端的返回电流的方向相反。
共模噪声
为了有效地防止干扰，滤波器需要考虑两种类型的噪声。 所选择的部件及其位置取决于要衰减的噪声类型。
在LTspice中绘制Bode（伯德）图
最有趣的分析之一，LTspice可以执行的是频率分析，也称为交流（AC）分析。 我们可以用一个简单的低通滤波器来看到它的功能。
在LTspice中绘制Bode（伯德）图的示例
对于交流（AC）分析，我们需要定义一个交流源。 在LTspice中，可以为电压源配置各种参数，但幅度需要足以满足我们的**目的。 我们还需要配置四个**参数。
运行**后，我们可以绘制出相对于输入的输出电平，即滤波器传递函数。 有两条线：一条连续对应的是幅度响应，而一条不连续的线对应的是相位响应。 我们可以看到，滤波器响应基本上是平坦的，直到接近截止频率（本文的示例如下）：
Bode（伯德）图
在LTspice中**模拟噪声和滤波器
澄清LTspice的这方面是很重要的。 该软件使用噪声类型的**来模拟元件固有的噪声。 这种类型的模拟适合于验证电路的功能，如模拟滤波器。 为了EMC的设计目的，我们需要模拟共模和差模噪声，所以我们需要确保我们的滤波器对两种噪声类型都是有效的。
以下电路是由电容器和共模扼流圈组成的EMC滤波器，以衰减共模噪声(C4，C1，L3)；另外， 它还包括两个电感和电容器来衰减差分噪声(L1，L2，C2，C3)。
为了模拟保护接地(PE)或底盘连接，我们使用通过非常小的电容耦合到规则接地或负电位上。
为了模拟差分噪声，我们可以在信号发生器上叠加一个电压源。
对于共模噪声的情况，可以通过在回流路径中添加一个电压源来模拟。
当对这两种类型的噪声都足够衰减时，滤波器才是足够设计的，所以尽量避免完全聚焦于一种噪声而忽略另一种噪声。
理想的与现实的EMC滤波器
不幸的是，现实的滤波器的行为不如理想的滤波器。 如果我们想要接近实际结果的**模拟，我们需要考虑滤波器的寄生元件和安装它们的PCB板的影响。
寄生元件产生共振，可以改变EMC滤波器的截止频率。 因此，如果我们不考虑寄生，我们可能会观察到添加滤波器反而会使情况更糟。
知道每个寄生元素的确切值可能很困难。 这些信息有时可以从数据表（Datasheet）中获得，但如果有必要，也可以使用估计值。
下面的原理图显示了相同的EMC滤波器，只不过在前面的设计中添加了一些寄生参数的影响。
理想滤波器（黑色)和真实的滤波器(红色）的频率响应比较如下所示。
理想滤波器的频率响应随着频率的增加而平稳下降，但实际滤波器不表现出相同的行为。 从大约40kHz开始，它产生的衰减比理想滤波器小。 因此，当我们逼近一个真实的环境时，我们可以看到性能发生了很大的变化。
注意：下载LTspice模型时，应该反复检查器件模型中包含了什么。 有时它们已经包含了所有的寄生元素，这样可以节省大量的工作。
自谐振和阻尼振荡
滤波器的自谐振可以通过几个dB放大噪声，从而引起不想要的效果。 有一些方法可以避免这种情况，或者至少尽可能减少负面影响。 其中一个是相当简单的，包括添加一个电阻与电容器串联，如下图所示。
电阻器的值不需要巨大。 我们只需要小心它的功率等级。 电容器通常不受欢迎的一个方面是等效串联电阻(ESR)。 然而，在这种情况下，我们可以选择一个高ESR的电容器，从而避免使用额外的电阻器。
下图显示了一个没有阻尼电阻（红色)的滤波器和另一个滤波器的传递函数，对应于具有阻尼电阻(蓝色)的滤波器）。
它们之间的差异是显著的-谐振频率周围的振幅降低了9dB。 这种技术的缺点是滤波器衰减斜率不太明显，因此必须对所有的频率行为进行分析，以确保所有的滤波结果都是可以接受的。
结论
LTspice是在许多应用程序中节省成本和时间的强大工具。 例如，需要专门为每个应用设计的EMC滤波器，因此预先模拟它们可以节省大量时间。
LTspice执行频率分析，允许工程师生成bode图，这是研究滤波器器的主要工具。 LTspice还可以包括真实的参数，如寄生，以获得尽可能真实的**模拟结果。
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