▉ 請簡單說一下你對磁珠的認識?
磁珠是一種電感型EMI靜噪濾波器,實物和電感很像,現在用的最多的是鐵氧體磁珠(Ferrite Bead)。
片狀鐵氧體磁珠
磁珠的單位是歐姆,根據型號的不同,可以抑制幾MHz~幾GHz的噪聲,經常被用在訊號線和電源線上(串聯使用)。
磁珠和電容、電感濾除噪聲有很大不同,電容主要提供一個地阻抗路徑(隔直通交),電感是將噪聲反射出去(隔交通直),磁珠如何濾除噪聲在下面會提及。
▉ 磁珠和電感的相同點和不同點?
磁珠和電感的在電路中的符號是一樣的,卻是不一樣的器件,磁珠單位是歐姆(Ω),電感單位是亨(H)。
磁珠由氧磁體組成,電感由磁芯和線圈組成,磁珠把交流訊號轉化為熱能,電感把交流儲存起來,緩慢的釋放出去,所以說電感是儲能,而磁珠是能量轉換(消耗)器件。
我們都知道EMI有兩個途徑,輻射和傳導,磁珠和電感都可以解決EMC和EMI問題,但是側重點不同。
磁珠主要解決輻射干擾問題,訊號線上多用磁珠,某一些高頻電路如RF、振盪電路、DDR SDRAM等都需要在電源輸入部分加磁珠。
電感主要解決傳導干擾問題,高頻電感主要用於中低頻濾波電路、RF匹配等,功率電感主要用於DC-DC電路中。
▉ 磁珠的主要引數有哪些?並做解釋
阻抗|Z|
:業界習慣,磁珠的阻抗由100MHz時的阻抗確定,所以我們經常在磁珠的SPEC裡看到
100R@100MHz
,指的是在100MHz頻率下,磁珠的阻抗是100R,
阻抗越大,抑制噪聲的效果越好
,有一些高頻磁珠給出的阻抗是在1GHz頻率下。
阻抗Z頻率特性
有一點需要注意,看上圖,在100MHz時,磁珠的阻抗並不是最大的,所以在選型時可以根據噪聲頻點,選擇頻點附近阻抗最大的型號。
100MHz在某種意義上只是一個標準,僅僅只是一個標準,個人覺得並沒有太大的實際意義,因為磁珠在實際的應用中,隨著頻率的改變,阻抗會相應的發生變化。
所以說,單點接地用磁珠的情況很少,需要提前評估噪聲的頻率範圍。
直流電阻DCR
:指直流電流透過磁珠時,磁珠呈現的電阻值,DCR一般越小越好,對有用訊號的衰減越小。
額定電流Rated Current
:指磁珠正常工作時允許的最大電流。
▉ 磁珠的直流重疊特性是什麼?
我們都知道在電容上加不同的直流電壓,電容容量是會變化的,磁珠也有同樣的直流重疊特性,片狀鐵氧體磁珠是一種使用鐵氧體的電感器。因此,當大電流透過時,需要特別注意由於磁飽和所造成的效能改變。
片狀鐵氧體磁珠的直流重疊特性示例
(圖片來自於村田)
從上圖可以看出,透過磁珠的電流增大時,其阻抗會下降,阻抗下降就意味著抑制噪聲的效能會變差,電流減小時,阻抗又會變大,效能會復原。
所以在選型時,我們要考慮好額定電流和阻抗這兩個引數。
▉ 如何理解磁珠的等效模型
磁珠的等效模型可以簡化為一個電感和一個電阻串聯,當然還會有DCR和寄生電容引數,在這裡不作說明。
磁珠的簡化等效電路
電感和電阻都是頻率的函式,所以磁珠的阻抗為Z=R+JWL,下圖所示,箭頭處對應的頻率稱之為交叉頻率,有的叫轉折頻率。
磁珠的|Z|、R、X阻抗曲線示意
(圖片來自於TDK)
小於交叉頻率,Z和XL幾乎是重合的,此時的磁珠呈感性,小電感,此時反射噪聲;大於交叉頻率時,Z和R曲線幾乎是重合的,此時磁珠呈電阻特性,大電阻,起吸收噪聲並轉變為熱能的作用。
交叉頻率越大,磁珠呈現感性的頻段越寬,對低頻的吸收能力越弱,對高頻的吸收能力越強。交叉頻率越小,磁珠呈現感性的頻段越窄,對低頻的吸收能力越強,對高頻的吸收能力越弱。
▉ 磁珠選型注意事項
分析有用訊號和噪聲的頻率
噪聲的頻段要大於交叉頻率,便於磁珠吸收噪聲而不是反射噪聲;訊號的頻率小於交叉頻率,防止訊號被衰減。
考慮DCR的大小
直流電路中,防止DCR過大,導致訊號衰減,比如5V 500mA的電源,經過一個DCR=1R的磁珠時,電壓會衰減500mA*1R=0。5V。
一般情況下,交流阻抗越大,濾除噪聲好,但是DCR也會大,對有用訊號有衰減,所以這是一個權衡的過程。
考慮額定電流的大小
不要為了省成本,而一味選擇低額定電流的磁珠,考慮到直流重疊特性,隨著電流的變大,阻抗下降,吸收噪聲效能也會下降。
舉個例子,某電路大部分時間工作電流為300mA以下,最高會到400mA,但是很少,此時可以選擇額定電流為400mA的磁珠。