為了確保它們保持安全，許多物聯網（IoT）應用程序將需要防火墻和網關來保護最敏感的設備。盡管終端節點將由電池供電，但這些防火墻在很大程度上將由線路供電，為其提供運行必要安全檢查所需的能量。這引入了過濾電源線以防干擾的需要。

為了應對可以針對工業網絡發起的越來越多的威脅，防火墻使用的數據過濾系統變得越來越復雜。設計人員不僅部署了嵌入式處理器，還部署了現場可編程門陣列（FPGA），以執行能夠清除可疑或惡意幀的深度數據包檢測任務。這些復雜的設備可以有多個電源軌供給它們，分別為核心邏輯陣列和I/O單元以及時鐘和存儲器接口通道提供能量。

電源耦合噪聲會對用于產生可靠時鐘脈沖的鎖相環（PLL）產生不利影響，包括片內電路和串行接口，以及邏輯運算。由于電壓現在為1 V或更低，因此對變化的容忍度非常小，因此電路可能對紋波和其他形式的電源噪聲非常敏感。

電源完整性是這些設計的關鍵要求之一，因為處理中斷可能會在系統恢復時降低網絡性能。由于防火墻通常位于數據中心外部，過濾后的電源不易獲得，并且可能靠近工業設備，因此需要將自己的電源噪聲抑制和過濾硬件結合在一起。

在工業物聯網防火墻的設計中，可能需要兩個階段進行過濾。一個是在電源輸入端，試圖消除沿電纜傳導的噪聲。另一種是在電源之后處理耦合到主電路中的噪聲或由于系統內的數字切換而產生的噪聲。在這兩種情況下，電感和電容的無源網絡都可以提供所需的大部分濾波。

電源輸入濾波器的一個選項是無阻尼LC濾波器。然而，這具有潛在地增加電路轉角頻率處的干擾的效果，這與總電感和電容的平方根有關。因此，設計通常使用串聯或并聯阻尼來抑制濾波器截止頻率附近的峰值。

在電源的輸出側，旁路電容經常用于抑制電流的變化切換噪聲和其他干擾源引起的流量。電容器位于電源和地之間。除了旁路電容器之外，還可以串聯插入諸如鐵氧體磁珠的電感器，以形成共模噪聲抑制濾波器。在這種情況下，鐵氧體可以更好地工作，因為它們提供比電感器更低的阻抗，電感器可以用在DC/DC轉換器本身的輸出電路中。在電感和電容選擇期間需要考慮許多因素。

多層陶瓷電容器（MLCC）廣泛用作電源噪聲濾波應用中的電容器，因為它們可以處理寬頻率范圍。然而，這些特性受其固有電阻（ESR）和電感（ESL）的影響，在處理高頻信號時導致不太理想的特性。由于這些元件，電容器阻抗表示V形頻率曲線（圖1），其中電容器的阻抗（主要由串聯電阻引起）由于串聯電感而在再次上升之前幾乎線性地朝向諧振頻率下降。

圖1：頻率下電容器的阻抗特性。

左側的曲線可以通過選擇合適的電容來調節。通常，阻抗越低，電容器的噪聲抑制能力越好。較高的電容通常在V的左側較低，但對電感控制側的影響很小。因此，選擇具有低ESL的電容器以及選擇在PCB上安裝電容器的方式非常重要，以確保在那里具有低電感 - 這可以通過使用短而寬的跡線來實現。電感增加1 nH可將噪聲抑制降低10 dB。

適用于抑制的低電感電容會改變內部電極配置，從而改變通過器件的電流路徑。一種類型是長度寬度（LW）反向電容器，例如Murata Electronics LLL系列系列，其具有寬且短的電極結構。另一種方法是多端電容器設計，每個電極相對于其相鄰電極反轉極性。使用這種結構，在相反方向上流動的電流之間的互感抵消了。傳統的MLCC可能具有0.5nH的電感，而LW反向可以將其降低到0.2nH，而8端子甚至可以進一步降低到0.1nH。 Murata LLA系列提供合適的八端電容，AVX IDC系列也是如此。

另一種形式的低ESL電容是三端子設計，是一種專為以太網設計的饋通電容器其廣泛的頻率范圍特性。它是一個帶有輸入，輸出和接地電極的電容器，在電路中形成一個T形路徑。該設計顯著降低了旁路方向的電感，通常小于傳統MLCC的三十分之一。

類似于電容器，電感器具有與頻率相關的特性，盡管相對于電容器外殼是反轉的，因此在Δ形狀而不是V形中。峰值再次處于電感器的自諧振頻率。三角形的上升左邊緣是由于電感引起的，右下方的下降主要由有效的并聯電容（EPC）控制。自諧振點的阻抗由有效并聯電阻（EPR）控制。

為了在高頻下實現高阻抗，通常通過最小化繞組線中的電容來獲得具有低EPC的電感器。 。然而，由于頻率相關的電阻，鐵氧體磁珠具有比電感器的尖銳諧振峰更寬的峰值，這適合于寬帶噪聲抑制。

鐵氧體磁珠的基本結構由圓柱形鐵氧體和穿過它的引線組成，盡管有些形式使用內部形成螺旋連接的多層結構。響應于通過引線的電流，在鐵氧體內部形成磁通量，提供由鐵氧體的磁導率引起的電感和阻抗特性。

圖2：鐵氧體電容LC濾波器的典型配置。

電感根據鐵氧體磁導率的頻率特性而變化，通常不固定。阻抗受鐵氧體磁損耗的強烈影響。結果，鐵氧體磁珠的特性通常用頻率引起的阻抗變化表示，與電感相反。在高頻時，大部分能量通過熱量消散，但鐵氧體的電阻非常低，接近直流，因此不會對DC/DC轉換器的輸出產生很大影響。

鐵氧體磁珠應該選擇使其在DC/DC轉換器的開關頻率和其諧波處的阻抗足夠高，以及確保有效阻止調節器的開關噪聲。一些DC/DC轉換器制造商建議使用屏蔽鐵氧體磁芯電感器，因為它們的磁芯損耗很低。

圖3：鐵氧體對頻率的阻抗響應以及元件電阻（R）和元件電抗（X）的影響。

組合使用鐵氧體和電容濾波器的一種方法是使用LC濾波器。這簡化了匹配二者的工作，以確保由于電容器下降得太低而導致的插入損耗在所關注的頻率范圍內提供有效抑制。典型的LC濾波器產品系列是Murata的NFE系列或TDK的ACF系列。

噪聲會對敏感的高性能數字處理器產生不利影響，因為它會干擾模擬電路。在濾波電路中進行設計可以確保系統可靠地運行，特別是在諸如工業環境等易受EMI影響的條件下。