PCB設計(jì)磁珠的選用

    PCB設計(jì)中是使用貼片磁珠還(hái)是使用貼片電(diàn)感主要取決于應用場(chǎng)景。如：在諧振電(diàn)路中需要使用貼片電(diàn)感；在消除不需要的EMI噪聲時(shí)，使用貼片磁珠則是最佳的選擇。

 

    1、磁珠的單位是歐姆，而不是亨特，這一點要特别注意。因為(wèi)磁珠的單位是按照它在某一頻率産生(shēng)的阻抗來(lái)标稱的，阻抗的單位也是歐姆。磁珠的 DATASHEET上(shàng)一般會(huì)提供頻率和(hé)阻抗的特性曲線圖，一般以100MHz為(wèi)标準，比如1000R 100MHz，意思就是在100MHz頻率的時(shí)候磁 珠的阻抗相當于600歐姆。

 

    2、普通(tōng)濾波器(qì)是由無損耗的電(diàn)抗元件構成的，它在線路中的作(zuò)用是将阻帶頻率反射回信号源，所以這類濾波器(qì)又叫反射濾波器(qì)。當反射濾波器(qì)與信号源阻抗不匹配時(shí)，就會(huì)有(yǒu)一部分能量被反射回信号源，造成幹擾電(diàn)平的增強。為(wèi)解決這一弊病，可(kě)在濾波器(qì)的進線上(shàng)使用鐵(tiě)氧體(tǐ)磁環或磁珠套，利用滋環或磁珠對高(gāo)頻信号的渦流損耗，把高(gāo)頻成分轉化為(wèi)熱損耗。因此磁環和(hé)磁珠實際上(shàng)對高(gāo)頻成分起吸收作(zuò)用，所以有(yǒu)時(shí)也稱之為(wèi)吸收濾波器(qì)。

 

    不同的鐵(tiě)氧體(tǐ)抑制(zhì)元件，有(yǒu)不同的最佳抑制(zhì)頻率範圍。通(tōng)常磁導率越高(gāo)，抑制(zhì)的頻率就越低(dī)。此外，鐵(tiě)氧體(tǐ)的體(tǐ)積越大(dà)，抑制(zhì)效果越好。網上(shàng)某些(xiē)大(dà)牛研究發現：在體(tǐ)積一定時(shí)，長而細的形狀比短(duǎn)而粗的抑制(zhì)效果好，內(nèi)徑越小(xiǎo)抑制(zhì)效果也越好。但(dàn)在有(yǒu)直流或交流偏流的情況下，還(hái)存在鐵(tiě)氧體(tǐ)飽和(hé)的問題，抑制(zhì)元件橫截面越大(dà)，越不易飽和(hé)，可(kě)承受的偏流越大(dà)。EMI吸收磁環/磁珠抑制(zhì)差模幹擾時(shí)，通(tōng)過它的電(diàn)流值正比于其體(tǐ)積，兩者失調造成飽和(hé)，降低(dī)了元件性能;抑制(zhì)共模幹擾時(shí)，将電(diàn)源的兩根線（正負）同時(shí)穿過一個(gè)磁環，有(yǒu)效信号為(wèi)差模信号，EMI吸收磁環/磁珠對其沒有(yǒu)任何影(yǐng)響，而對于共模信号則會(huì)表現出較大(dà)的電(diàn)感量。磁環的使用中還(hái)有(yǒu) 一個(gè)較好的方法是讓穿過的磁環的導線反複繞幾下，以增加電(diàn)感量。可(kě)以根據它對電(diàn)磁幹擾的抑制(zhì)原理(lǐ)，合理(lǐ)使用它的抑制(zhì)作(zuò)用。

 

    鐵(tiě)氧體(tǐ)抑制(zhì)元件應當安裝在靠近幹擾源的地方。對于輸入/輸出電(diàn)路，應盡量靠近屏蔽殼的進、出口處。對鐵(tiě)氧體(tǐ)磁環和(hé)磁珠構成的吸收濾波器(qì)， 除了應選用高(gāo)磁導率的有(yǒu)耗材料外，還(hái)要注意它的應用場(chǎng)合。它們在線路中對高(gāo)頻成分所呈現的電(diàn)阻大(dà)約是十至幾百Ω，因此它在高(gāo)阻抗電(diàn)路中的作(zuò)用并不明(míng)顯，相反，在低(dī)阻抗電(diàn)路（如功率分配、電(diàn)源或射頻電(diàn)路）中使用将非常有(yǒu)效。

 

    由于鐵(tiě)氧體(tǐ)可(kě)以衰減較高(gāo)頻同時(shí)讓較低(dī)頻幾乎無阻礙地通(tōng)過，故在EMI控制(zhì)中得(de)到了廣泛地應用。用于EMI吸收的磁環/磁珠可(kě)制(zhì)成各種的形狀，廣泛應用于各種場(chǎng)合。如在PCB闆上(shàng)，可(kě)加在DC/DC模塊、數(shù)據線、電(diàn)源線等處。它吸收所在線路上(shàng)高(gāo)頻幹擾信号，但(dàn)卻不會(huì)在系統中産生(shēng)新的零極點，不會(huì)破壞系統的穩定性。它與電(diàn)源濾波器(qì)配合使用，可(kě)很(hěn)好的補充濾波器(qì)高(gāo)頻端性能的不足，改善系統中濾波特性 。

 

    磁珠專用于抑制(zhì)信号線、電(diàn)源線上(shàng)的高(gāo)頻噪聲和(hé)尖峰幹擾，還(hái)具有(yǒu)吸收靜電(diàn)脈沖的能力。

 

    磁珠是用來(lái)吸收超高(gāo)頻信号，像一些(xiē)RF電(diàn)路，PLL，振蕩電(diàn)路，含超高(gāo)頻存儲器(qì)電(diàn)路（DDR SDRAM，RAMBUS等）都需要在電(diàn)源輸入部分加磁珠，而電(diàn)感是一種蓄能元件，用在LC振蕩電(diàn)路、中低(dī)頻的濾波電(diàn)路等，其應用頻率範圍很(hěn)少(shǎo)超過錯 50MHZ。

 

    磁珠的功能主要是消除存在于傳輸線結構(電(diàn)路)中的RF噪聲，RF能量是疊加在直流傳輸電(diàn)平上(shàng)的交流正弦波成分，直流成分是需要的有(yǒu)用信号，而射頻 RF能 量卻是無用的電(diàn)磁幹擾沿着線路傳輸和(hé)輻射（EMI）。要消除這些(xiē)不需要的信号能量，使用貼片磁珠扮演高(gāo)頻電(diàn)阻的角色（衰減器(qì)），該器(qì)件允許直流信号通(tōng)過， 而濾除交流信号。通(tōng)常高(gāo)頻信号為(wèi)30MHz以上(shàng)，然而，低(dī)頻信号也會(huì)受到貼片磁珠的影(yǐng)響。

 

    貼片磁珠由軟磁鐵(tiě)氧體(tǐ)材料組成，構成高(gāo)體(tǐ)積電(diàn)阻率的獨石結構。渦流損耗同鐵(tiě)氧體(tǐ)材料的電(diàn)阻率成反比。渦流損耗随信号頻率的平方成正比。

 

    使用貼片磁珠的好處：小(xiǎo)型化和(hé)輕量化在射頻噪聲頻率範圍內(nèi)具有(yǒu)高(gāo)阻抗，消除傳輸線中的電(diàn)磁幹擾。閉合磁路結構，更好地消除信号的串繞。極好的磁屏蔽結構， 降低(dī)直流電(diàn)阻，以免對有(yǒu)用信号産生(shēng)過大(dà)的衰減。顯著的高(gāo)頻特性和(hé)阻抗特性（更好的消除RF能量）。在高(gāo)頻放大(dà)電(diàn)路中消除寄生(shēng)振蕩。有(yǒu)效的工作(zuò)在幾個(gè)MHz 到幾百MHz的頻率範圍內(nèi)。

 

    PCB設計(jì)中要正确選擇磁珠比較核心的幾點建議：

 

    一、不需要的信号的頻率範圍為(wèi)多(duō)少(shǎo)

 

    二、噪聲源是誰

 

    三、是否有(yǒu)空(kōng)間(jiān)在PCB闆上(shàng)放置磁珠

 

    四、需要多(duō)大(dà)的噪聲衰減

 

    五、環境條件是什麽（溫度，直流電(diàn)壓，結構強度）

 

    六、電(diàn)路和(hé)負載阻抗是多(duō)少(shǎo)

 

     前三條通(tōng)過觀察廠家(jiā)提供的阻抗頻率曲線就可(kě)以判斷。在阻抗曲線中三條曲線都非常重要，即電(diàn)阻，感抗和(hé)總阻抗。總阻抗通(tōng)過 ZR22πfL()2+：=fL來(lái) 描述。通(tōng)過這一曲線，選擇在希望衰減噪聲的頻率範圍內(nèi)具有(yǒu)最大(dà)阻抗而在低(dī)頻和(hé)直流下信号衰減盡量小(xiǎo)的磁珠型号。 貼片磁珠在過大(dà)的直流電(diàn)壓下，阻抗特性會(huì)受到影(yǐng)響，另外，如果工作(zuò)溫升過高(gāo)，或者外部磁場(chǎng)過大(dà)，磁珠的阻抗都會(huì)受到不利的影(yǐng)響。

 

    貼片磁珠和(hé)貼片電(diàn)感的應用場(chǎng)合：

 

    貼片電(diàn)感：射頻（RF）和(hé)無線通(tōng)訊，信息技(jì)術(shù)設備，雷達檢波器(qì)，汽車(chē)，蜂窩電(diàn)話(huà)，尋呼機，音(yīn)頻設備，PDAs（個(gè)人(rén)數(shù)字助理(lǐ)），無線遙控系統以及低(dī)壓供電(diàn)模塊等。

 

    貼片磁珠：時(shí)鍾發生(shēng)電(diàn)路，模拟電(diàn)路和(hé)數(shù)字電(diàn)路之間(jiān)的濾波，I/O輸入/輸出內(nèi)部連接器(qì)（比如串口，并口，鍵盤，鼠标，長途電(diàn)信，本地局域網），射頻 （RF）電(diàn)路和(hé)易受幹擾的邏輯設備之間(jiān)，供電(diàn)電(diàn)路中濾除高(gāo)頻傳導幹擾，計(jì)算(suàn)機，機，錄像機（VCRS），電(diàn)視(shì)系統和(hé)手提電(diàn)話(huà)中的EMI噪聲抑止。