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磁珠特性以及选型注意事项

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发表于 2023-1-13 10:04 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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关于磁珠 磁珠是一种电感型EMI静噪滤波器,实物和电感很像,现在用的最多的是铁氧体磁珠(Ferrite Bead)。5 W- @& A. v$ E$ f6 D
片状铁氧体磁珠
磁珠的单位是欧姆,根据型号的不同,可以抑制几MHz~几GHz的噪声,经常被用在信号线和电源线上(串联使用)。
: Y( Y/ ]. U. |/ a/ B 磁珠和电容、电感滤除噪声有很大不同,电容主要提供一个地阻抗路径(隔直通交),电感是将噪声反射出去(隔交通直),磁珠如何滤除噪声在下面会提及。4 k; w1 u5 v3 k1 H7 i
▉ 磁珠和电感的相同点和不同点?9 L. Z& {% X( l3 V" ?/ [
磁珠和电感的在电路中的符号是一样的,却是不一样的器件,磁珠单位是欧姆(Ω),电感单位是亨(H)。4 ~' m. @! z5 G$ F6 L9 ?
磁珠由氧磁体组成,电感由磁芯和线圈组成,磁珠把交流信号转化为热能,电感把交流存储起来,缓慢的释放出去,所以说电感是储能,而磁珠是能量转换(消耗)器件。
/ O. x7 O1 O+ @; w6 p% A" B/ o, z 我们都知道EMI有两个途径,辐射和传导,磁珠和电感都可以解决EMC和EMI问题,但是侧重点不同。) w. \/ F9 L0 ?6 o# c3 H: a
磁珠主要解决辐射干扰问题,信号线上多用磁珠,某一些高频电路如RF、振荡电路、DDR SDRAM等都需要在电源输入部分加磁珠。
2 w/ ]+ t( c9 [; ?' | 电感主要解决传导干扰问题,高频电感主要用于中低频滤波电路、RF匹配等,功率电感主要用于DC-DC电路中。
! q& {5 E9 B1 J ▉ 磁珠的主要参数有哪些?  J2 G" \2 {4 w) s% V# h, z
① 阻抗|Z|:业界习惯,磁珠的阻抗由100MHz时的阻抗确定,所以我们经常在磁珠的SPEC里看到100R@100MHz,指的是在100MHz频率下,磁珠的阻抗是100R,阻抗越大,抑制噪声的效果越好,有一些高频磁珠给出的阻抗是在1GHz频率下。' k" H9 ^; Y* @; \
阻抗Z频率特性
有一点需要注意,看上图,在100MHz时,磁珠的阻抗并不是最大的,所以在选型时可以根据噪声频点,选择频点附近阻抗最大的型号。" ?1 j* D/ \. d
+ N5 b9 C4 J! b( W# ?) D
100MHz在某种意义上只是一个标准,仅仅只是一个标准,个人觉得并没有太大的实际意义,因为磁珠在实际的应用中,随着频率的改变,阻抗会相应的发生变化。
( s( c; x8 q0 `9 @; O* E* ` 所以说,单点接地用磁珠的情况很少,需要提前评估噪声的频率范围。
: b0 C& r: M: h: i
7 V5 @3 _  J& H ② 直流电阻DCR:指直流电流通过磁珠时,磁珠呈现的电阻值,DCR一般越小越好,对有用信号的衰减越小。
0 e- S; Q. i- M# \5 W/ L( t7 o ③ 额定电流Rated Current:指磁珠正常工作时允许的最大电流。+ ]# Q, |2 `: F) X. A& t

9 A7 U! R/ L' F4 H ▉ 磁珠的直流重叠特性是什么?) J3 ?# Q' x: j, y" d, A3 ?. z5 L; C& \
我们都知道在电容上加不同的直流电压,电容容量是会变化的
+ }  l# a" d- p) x& F6 y 磁珠也有同样的直流重叠特性,片状铁氧体磁珠是一种使用铁氧体的电感器。因此,当大电流通过时,需要特别注意由于磁饱和所造成的性能改变。! [- x  F" N# Z) Z0 l: Y
片状铁氧体磁珠的直流重叠特性示例
  从上图可以看出,通过磁珠的电流增大时,其阻抗会下降,阻抗下降就意味着抑制噪声的性能会变差,电流减小时,阻抗又会变大,性能会复原。! {* g+ L2 _1 R8 g, Y& q
所以在选型时,我们要考虑好额定电流和阻抗这两个参数。: I6 w) E1 G0 N1 s; M
▉ 如何理解磁珠的等效模型
* i; J6 r8 `: [- I& u  磁珠的等效模型可以简化为一个电感和一个电阻串联,当然还会有DCR和寄生电容参数,在这里不作说明。
: }; S& K% g: `/ Q! s2 b
磁珠的简化等效电路2 Q7 }2 t. D3 E) q) w- d0 [, \1 a
电感和电阻都是频率的函数,所以磁珠的阻抗为Z=R+JWL,下图所示,箭头处对应的频率称之为交叉频率,有的叫转折频率。
; ]) Y" v6 u  C' n" E
磁珠的|Z|、R、X阻抗曲线示意
  小于交叉频率,Z和XL几乎是重合的,此时的磁珠呈感性,小电感,此时反射噪声;大于交叉频率时,Z和R曲线几乎是重合的,此时磁珠呈电阻特性,大电阻,起吸收噪声并转变为热能的作用。
* }" V5 m7 k$ K( F; k 交叉频率越大,磁珠呈现感性的频段越宽,对低频的吸收能力越弱,对高频的吸收能力越强。交叉频率越小,磁珠呈现感性的频段越窄,对低频的吸收能力越强,对高频的吸收能力越弱。
: A0 y. p8 j; X! s9 o) l ▉ 磁珠选型注意事项' [4 F9 I! H0 Q: Z, f6 Y
① 分析有用信号和噪声的频率7 o* D6 e2 g) {0 ^4 G) U  [
噪声的频段要大于交叉频率,便于磁珠吸收噪声而不是反射噪声;信号的频率小于交叉频率,防止信号被衰减。
6 a' t3 r" X$ W% G" n
9 L/ o0 S$ S+ ?8 f# G! _2 B ② 考虑DCR的大小
+ s  z5 I/ P7 \* h- S) d" u 直流电路中,防止DCR过大,导致信号衰减,比如5V 500mA的电源,经过一个DCR=1R的磁珠时,电压会衰减500mA*1R=0.5V。
) v' ?  M5 y6 C  d! t. c- l& V/ }. b% Z+ X
一般情况下,交流阻抗越大,滤除噪声好,但是DCR也会大,对有用信号有衰减,所以这是一个权衡的过程。
& {6 g# C& [. w  o. E5 s  O ③ 考虑额定电流的大小7 F8 w- K4 }  {. T
2 Q4 \  }) U% u5 j
不要为了省成本,而一味选择低额定电流的磁珠,考虑到直流重叠特性,随着电流的变大,阻抗下降,吸收噪声性能也会下降。
) U5 A- x3 J0 @3 j' f+ Y- I 举个例子,某电路大部分时间工作电流为300mA以下,最高会到400mA,但是很少,此时可以选择额定电流为400mA的磁珠。2 G; C5 M8 H7 W7 k4 O: V9 [8 o" |
5 @% X! s' W. r5 W% `& s, ]0 t# k% v/ T

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发表于 2023-1-13 11:01 | 只看该作者
磁珠用得最多的地方,应该是串联在电源上面,用于电源滤波。

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3#
发表于 2023-1-13 13:28 | 只看该作者
只要保证额定电流,DCR引起的压降满足要求,再大致看下100Mhz时的阻抗,基本上就可以了。

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发表于 2023-1-13 13:32 | 只看该作者
数据信号在时钟沿触发前的持续时间超过了建立时间,那么这个时间间隔就叫做建立时间裕量。坐火车时需要提前到站检票安检,而不是一到火车站就可以乘坐。必须的提前到站的时间就是建立时间。
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