无源Pi滤波器设计与仿真

如果你需要一个简单的高阶无源滤波器，pi滤波器是一个很好的选择。

阻抗匹配、功率调节、EMI滤波……不同滤波电路的应用是多种多样的。这些滤波器电路在许多应用中都是至关重要的，但它们设计起来相当简单。尽管将滤波器电路集成到许多soc中简化了电路设计和布局任务，但由离散元件制成的滤波器并没有消失，而是在许多重要的电路设计中找到了自己的家。

如果您正在寻找一个简单的高阶无源滤波器用于阻抗匹配、EMI滤波和功率调节，pi滤波器可以在没有有源电路元件的情况下提供强大的滚转。pi滤波器电路的设计原理看似简单，而且这些滤波器可以很容易地适用于使用离散组件的许多应用。以下是关于pi滤波器设计和仿真需要了解的内容。

π过滤器是什么?

pi滤波器是一种LC滤波器，其中LC滤波器的排列类似于希腊字母“pi”。pi滤波器可以配置为高通滤波器或低通滤波器。由于这些滤波器包括三个L或C元素，这些滤波器是3级性质，并提供强大的滚压超过截止(~20 dB/decade)。标准实现是作为一个低通滤波器，允许该电路作为输入到直流电源的高阶滤波器使用。

下面的电路显示了作为低通或高通滤波器的标准配置。L和C元件的值决定了这些电路的截止频率。当电容器作为分流元件放置时，它们将输入信号中的高频成分传递到地。类似地，当电感器作为分流元件放置时，输入信号中的低频分量被传递到地。在pi滤波器电路中，通过提供低阻抗和高阻抗到地或下游到负载的路径，明智地选择电容器和电感提供了一种轻松操纵信号行为的方法。

两种常见的pi滤波电路分别为低通或高通滤波电路。

电源中的低通Pi滤波器

低通版本的pi滤波器去除高频噪声的方式允许它用作一个强滤波器不规范电源．低通版本也可用作电压调节电路上的输入滤波器。在这两种实现中，pi滤波器的低通版本旨在抑制全波整流电路输出上的纹波。

在此应用中，设计的关键量是纹波因子，其定义为pi滤波器输出时看到的RMS电压波动除以所需的直流输出。纹波因子的值取决于下游负载r的值。对于非调节电源，这只是连接到输出的负载。对于稳压电源，这只是稳压电路与下游负载并联的输入阻抗。这可以用下式计算:

电源中pi电路的纹波系数。

一种常见的做法是使用铁氧体扼流圈作为电感，它将有一些等效串联电阻(ESR)。这个ESR值可以通过铁氧体扼流圈上的串联电阻来调节，这将增加这些电路中的阻尼，并将调整瞬态振铃。由于这些过滤器振铃，他们应该只在开关电源当铁氧体扼流圈上有串联电阻时。

阻抗匹配中的高通Pi滤波器

Pi滤波器通常用于收发器和天线的高低阻抗匹配。如果你想用滤镜阻抗匹配，那么你需要使用高通版本，因为你通常会在高频工作。有两种方法来设计这些过滤器。首先，需要使用上面所示的公式确定截止频率。接下来，需要在期望的频率范围内验证匹配电路的阻抗。

当您使用正确的仿真工具时，您可以确定pi滤波器连接到所需的源/负载组件时的阻抗谱。这里很重要的一点是将天线的带宽与滤波电路的带宽相匹配，这取决于天线的阻抗谱。这可能是一个复杂的模拟，但如果您知道天线的阻抗谱，那么在设计pi滤波器时，就可以轻松地在电路模拟中建模天线。

如果这些感觉难以实现，知道仿真工具在那里，可以满足您的阻抗，PI和电源问题，就可以轻松一些。

Pi滤波器设计的仿真

就像其他有反应元件的电路一样，这些滤波器也会有一些反应元件瞬态响应当输入电压变化时。根据负载和电路中其他元件的无功阻抗，这些滤波器可以有很强的谐振。在开关模式电源应用中，只需在铁氧体扼流圈上放置正确的电阻，即可将瞬态响应从欠阻尼切换到过阻尼。在pi滤波器设计中需要模拟的要点如下表所示。

上面所示的步骤已经在无源pi滤波器设计的背景下进行了讨论，但是pi滤波器也可以设计为带运算放大器的有源滤波器．在这种类型的模拟中，您需要使用验证的组件模型对于你的电路。这将确保您的结果是准确的，并反映所需组件的真实行为。

当你使用最好的Pi滤波器电路时，更容易构建PCB设计和分析软件．SPICE模拟器和电路设计工具PSpice模拟器OrCAD，以及全套分析工具从节奏，可帮助您设计用于低频或高频应用的pi滤波器电路，如功率调节、EMI滤波和阻抗匹配。您还可以直接访问来自制造商的验证模型，以模拟电路行为。

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