多层陶瓷电容器(MLCC)制造的进步使微型电容器的电压和电容能力有了显著的提高。这些进步已经扩展到陶瓷盘状电容器，在大多数舱壁安装的EMI抑制滤波器中使用。它们现在以更小的包装提供，并使在空间和重量受限的航空航天应用中对电磁干扰的控制更容易和更可靠。

目前，盘状电容器的外径可小至0.050 "，电容高达5000 pf。它们也有等效的模型，这有助于确保在10GHz及以上的范围内有效插入损耗。通过适当的滤波器设计和使用，微型盘状电容器可以实现高性能隔板滤波器，节省空间和重量，这两者在航空航天应用中都是至关重要的，包括无人机对抗设备，它使用一定强度和频谱宽度的EMI使飞行平台无法操作或允许它被另一个实体接管。

航空航天应用中的电磁干扰控制

电磁干扰控制是航空航天系统设计中的一个关键问题。缺乏电磁干扰保护的设计存在完全或部分失去与终端系统通信和控制能力的风险。例如，在卫星系统中，电磁干扰威胁可以来自自然(如电离层)或有意或无意的工程源，其来源、位置、震级和持续时间各不相同。

终端系统正以快速的速度发展，以满足市场对日益复杂的电子内容的稳定需求，这些电子内容能够在较小的电压驱动下以更快的速度运行。立方体卫星就是一个很好的例子。首次在大型卫星上得到验证的技术经历了几次工艺、材料和设计迭代，以更好地满足尺寸、重量和功率(SWaP)要求，随着知识和工艺数据库的扩展，变化的速度和幅度进一步增加，导致微型卫星非常适合低地球轨道和其他更高轨道。小型化和增强功能的趋势几乎没有放缓的迹象，事实上，越来越多的小型化无源和有源组件的范围不断扩大，旨在利用改进的材料纯度、新的器件加工技术和制造进步，在小封装中提供增强的性能。例如，最初由几个单独的晶体管组成的系统现在由小尺寸的fpga控制。

然而，使用先进半导体来帮助缩小尺寸的航空航天系统往往会增加电磁干扰的敏感性，当考虑到自然和工程电磁干扰的风险时，就像目标能源威胁一样，产生了一种情况，在这种情况下，电磁干扰控制是主要的设计关注点。事实上，在当今嘈杂的电子环境中，EMI控制是如此关键，以至于政府法规也有增加的趋势——包括欧洲委员会电磁兼容(EMC)指令和起草的法规FCC EMC部门-专门针对在关键的高可靠性应用中减轻电磁干扰的威胁和影响。

幸运的是，由于飞行电子系统中的许多子系统都装在金属盒中，基本上相当于法拉第笼，因此最佳的电磁干扰控制通常只需要在进入盒内的I/O和电源线上增加隔板过滤器。舱壁滤波解决方案在这些类型的应用中提供了理想的EMI噪声控制，因为滤波发生在盒接口，这消除了任何关于SMT滤波器发出的辐射痕迹的担忧。

舱壁的过滤器

隔板滤波器被设计安装在电子外壳墙壁内的孔中，并通过各种可选的滤波器类型将信号从外部环境传递到内部盒子，如图1所示。标准的舱壁过滤器可以用螺栓或焊接到外壳上，而舱壁过滤器阵列，在电源和电池充电应用中通常与弹簧销和过滤器垫相关，可以焊接，附着导电环氧树脂，或钎焊到这些盒子上。

图1:典型舱壁过滤器的截面图。蓝色的导线通过插入式隔板过滤器进入箱体壁，而红色的导线通过焊接式隔板过滤器进入箱体壁。

所有的舱壁滤波器，无论其外形因素，都通过滤波器网络连接箱体两侧的信号，该网络可以使用C、L、T、Pi、LC或CL滤波器，甚至瞬态抑制装置，以帮助控制EMI。

图2:此表列出了舱壁过滤解决方案中常用的几种过滤器类型，以及它们非常适合的应用类型。

当今市场上的大多数隔板式EMI抑制滤波器采用盘状电容器，其外径可小至0.050”，电容可达5,000pF，并提供等效型号，以确保在10GHz及以上范围内的有效插入损耗。盘状电容器具有圆形的外形，具有用于一组电极的内部金属化终端孔和连接对面电极组的外部金属化边缘，通常是在隔板过滤器的镀金属外壳内焊接到位或附着导电环氧树脂。隔板过滤器中使用的盘状电容器的陶瓷介电可以基于任何介电，尽管这里只讨论那些具有NP0/C0G和X7R介电的电容器，这些过滤器中使用的电感可以从铁氧体珠到磁芯和线绕器件。

图3:盘状电容示意图(左)和装有盘状电容的隔板滤波器的横断面图(右)。

一旦隔板过滤器的内部设计完成并进行电气组装，内部组件将与外部环境隔离，使用环氧树脂(非密封应用)，玻璃密封(密封应用)，或环氧树脂和玻璃的组合(只有过滤器一端需要密封的应用)。环氧树脂的选择基于它们与内部组件的热膨胀系数(CTE)的兼容性，以及它们提供免受冲击和振动的保护的能力，并密封内部过滤器组件免受操作环境中的水分和其他进入危害的影响。与树脂填充过滤器不同的是，密封装置具有焊接到金属外壳上的玻璃-金属密封，以确保零排气的可能性，并在内部过滤器组件和外部环境之间提供最高级别的环境隔离。两种密封技术之间的一个共同点是，在过滤器安装过程中，都需要特别注意扭矩和热量。过高的热量和扭矩会使金属过滤器外壳变形，并将应力施加到其中的陶瓷盘状电容器上，从而打破密封密封，导致树脂填充过滤器和密封过滤器中的电容器破裂。

航空航天应用中电磁干扰控制的隔板滤波器

当正确选择和安装隔板滤波器时，就高可靠性运行和最高衰减滤波器响应而言，隔板滤波器为关键航空航天应用提供了最佳的电磁干扰控制，因为衰减发生在法拉第笼(即箱体外壳壁)，而不是在信号进入壳体后。在外壳壁内的滤波对从SMT滤波器之前的线路辐射或传输到线路上的信号没有任何控制作用。

此外，通常用于舱壁过滤器的盘状电容器的寄生含量远远低于任何类型的表面安装在pcb的离散过滤电容器。事实上，装有盘状电容器的隔板过滤器的电响应表现出接近理想的电容器性能。除了在SMT滤波设计中mlcc的封装电感要比盘状电容高得多之外，相应的道尺寸和SMT衬垫也增加了相当大的电感，这些更高的寄生电感和电容的综合效应显著限制了任何基于离散无源器件的滤波器的频率响应。例如，根据外壳大小的不同，盘状电容器只能显示通常由离散SMT mlcc显示的5%的电感。

考虑到发射一磅硬件到太空的成本是很容易理解的，所以对更小、重量更轻的组件、设备、设备和系统的需求是很容易理解的约10000美元事实上，军用和商用飞机的性能和运营费用都直接受到飞机总重量的影响。然而，虽然设计者可以在这些应用中采用各种高密度滤波器配置，并采用不断扩展的小型高性能滤波器，但这些减少不能以牺牲滤波器能力、吞吐量电流额定值或可靠性为代价，因为有效的EMI控制对操作成功也至关重要。

有两种简单的方法可以增加盒壁的过滤器密度，最明显的是使用圆头过滤器代替六边形过滤器配置。圆头过滤器几乎不需要装配间隙和相对于六角头过滤器的扭矩，也可以用改进的工具在过滤器的垂直轴上拧紧。虽然这些更高密度的配置不会减少过滤器的总体体积或重量，但它们确实能够实现更紧密的I/ o封装，并提供实现更高盒密度的潜力，这有助于支持总体积的减少。

增加箱壁过滤器密度的第二种选择是考虑自定义过滤板组件，采用圆头过滤器安装在定制钢，黄铜或铝板内，特别设计的最大密度和最小机械应力。组件还提供已完成的高密度过滤器解决方案，在发货前已经过扭矩、焊接和测试，这有助于减少安装时间和成本。

图4:三种隔板过滤器配置:一个六边形过滤器(左)，一个圆头过滤器(中)，和自定义过滤板组件(右)．

为了使过滤器组件直接减少总重量和体积，设计师必须采用小型化过滤器。与传统的过滤器类型相比，微型舱壁过滤器特别设计以提供显著的质量和体积减小，并可从一系列经过验证的无源组件供应商广泛获得。当今市场上的大多数微型舱壁过滤器都是基于最小的盘状电容器和电感器。

隔板过滤器的小型化趋势可以分为三类:微型、超微型和微微型过滤器-所有这些都提供了惊人的体积和质量节省，即使与离散的SMT过滤器电容器相比。例如，0805 SMT MLCC的重量约为0.020g，占用0.0049cc。然而，SMT MLCC也需要PCB垫和遵守“保持”规则，当这些因素也被考虑在内时，离散0805 SMT MLCC的总体积几乎翻倍到~0.0085cc。此外，SMT MLCC的过滤器响应效率大约只有微型舱壁过滤器的10%。真正的效率将取决于对频率响应需求和路由影响的复杂权衡，因此，根据终端设计可能会有很大差异。

图5:此表比较了额定200V和10MHz至10GHz工作的三种类型(微型、超微型和微微型)和两种样式(焊接式和螺栓式)的微型舱壁滤波器的性能特征。

除了考虑微型舱壁滤波器的范围、质量和体积特性外，航空航天系统设计者还应特别注意滤波器的跨频率衰减。根据MIL-PRF-28861/12规范，具有1nF电容的c型滤波器的插入损耗要求如图6所示。无论其物理尺寸如何，用于航空航天应用的标准、微型、超微型和微微型舱壁滤波器都满足或超过表中的衰减。

图6:根据MIL-PRF-28861/12规范，具有1nF电容的c型滤波器的衰减特性。

使用150pF, 330Ω的人体模型(HBM)和接触放电进行了额外的对比测试，以确定舱壁式馈通过滤器的ESD生存能力。在该测试中，交替极性脉冲重复频率为10Hz，在8kV测试水平下，共向容量为10pF、100pF和1000 pf (1nF)的c型隔板滤波器中心引脚注入10个不同大小的脉冲，结果为零故障。目前正在进行额外的工作，以确定这些组件的最大电压生存能力和重复冲击磨损特性。

舱壁过滤器的未来

随着元件设计者不断减少隔板过滤器的质量和体积，它们最终将满足实际的尺寸限制，这是由嵌入其中的微型盘状电容器的电容值和外壳尺寸决定的。在某一时刻，电容器外部陶瓷壁的电极回拉量将大于盘状电容器的活性面积，这将导致进一步的尺寸减小，极大地降低电容值。

然而，在那一天到来之前，元件制造商将继续开发日益小型化的舱壁过滤电容器，这些电容器也提供了并行的好处，包括增加电流容量、电压和工作温度范围，以帮助下一代航空航天系统设计师满足严格的尺寸和重量限制，并进一步提高系统性能。无源元件制造商也在积极开发能够在更高压力和更宽频谱下工作的滤波装置。随着时间的推移，新的配置引脚将出现，以进一步优化特定应用中的滤波器连接，新的组件类型系列将封装在微型滤波器中，为下一代飞行电子设备创建螺栓连接和焊接过滤器模块。