磁珠特性以及选型注意事项
时间：2022-09-05 19:00:00
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转自| 记得城
本文介绍了磁珠的一些基本知识和选型要点。
▉关于磁珠
磁珠是一种电感型EMI静噪声滤波器，物理和电感非常相似，现在最常用的是铁氧体磁珠（Ferrite Bead）。
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信号线和电源线上经常使用噪声。
磁珠与电容器和电感器过滤噪声非常不同。电容器主要提供地面阻抗路径（直接交通）。电感器反射噪声（直接交通）。下面将提到如何过滤磁珠的噪声。
▉ 磁珠和电感的相同点和不同点？
磁珠在电路中的符号与电感相同，但它们是不同的设备。磁珠单元是欧姆（Ω），电感单位是亨（H）。
磁珠由氧磁体组成，电感由磁芯和线圈组成。磁珠将交流信号转换为热能，电感存储交流并缓慢释放。因此，电感是储能，磁珠是能量转换（消耗）装置。
我们都知道EMI有两种方法可以解决辐射和传导、磁珠和电感EMC和EMI问题，但是侧重点不同。
磁珠主要解决辐射干扰问题，磁珠多用于信号线。一些高频电路，如RF、振荡电路、DDR SDRAM所有这些都需要在电源输入部分添加磁珠。
高频电感主要用于中低频滤波电路，RF功率电感主要用于匹配等DC-DC电路中。
▉ 磁珠的主要参数是什么？
① 阻抗|Z|：行业习惯，磁珠的阻抗是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磁珠的阻抗频率为100R，阻抗越大，抑制噪声的效果越好，一些高频磁珠的阻抗是在1GHz频率下。
阻抗Z频率特性
需要注意的是，看上图，100MHz磁珠的阻抗不是最大的，所以可以根据噪声频点选择频点附近最大的阻抗型号。
100MHz从某种意义上说，它只是一个标准，只是一个标准。就我个人而言，我认为际意义，因为磁珠在实际应用中会随着频率的变化而相应地改变阻抗。
因此，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。
② 直流电阻DCR：当直流电流通过磁珠时，磁珠呈现的电阻值，DCR对有用信号的衰减越小越好。
③ 额定电流Rated Current：指磁珠正常工作时允许的最大电流。
▉磁珠的直流重叠特性是什么？
众所周知，如果在电容器上加入不同的直流电压，电容量会发生变化(请参考之前分享的文章:谁移动了我的电容量？）
磁珠也具有相同的直流重叠特性。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，应特别注意磁饱和引起的性能变化。
片状铁氧体磁珠的直流重叠特性示例
(图片来自村田)
从上图可以看出，当磁珠的电流增加时，阻抗会下降，这意味着抑制噪声的性能会变差。当电流减小时，阻抗会增大，性能会恢复。
因此，在选择型号时，应考虑额定电流和阻抗。
▉ 如何理解磁珠的等效模型？
之前写过电阻电容和电感的等效模型《眼见不一定真实！电阻、电容和电感的实际等效模型
磁珠的等效模型可以简化为电感和电阻串联，当然会有DCR这里不解释寄生电容参数。
简化磁珠等效电路
电感和电阻是频率函数，所以磁珠的阻抗是Z=R JWL，如下图所示，箭头对应的频率称为交叉频率，有的叫转折频率。
磁珠的|Z|、R、X阻抗曲线示意
(图片来自TDK）
小于交叉频率，Z和XL几乎重叠，此时磁珠呈感性，小电感，此时反射噪声；当交叉频率大于交叉频率时，Z与R曲线几乎重叠，磁珠具有电阻特性，大电阻，吸收噪音，转化为热能。
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。
▉ 磁珠选型注意事项
① 分析有用信号和噪声的频率
噪声频带大于交叉频率，方便磁珠吸收噪声而不是反射噪声；信号频率小于交叉频率，防止信号衰减。
② 考虑DCR的大小
防止直流电路DCR过大会导致信号衰减，如5V 500mA通过一个电源DCR=1R磁珠时，电压会下降500mA*1R=0.5V。
一般情况下，交流阻抗越大，过滤噪音越好，但是DCR这也是一个权衡的过程，对有用信号有衰减。
③ 考虑额定电流的大小
不要盲目选择低额定电流的磁珠，以节省成本。考虑到直流重叠的特性，随着电流的增加，阻抗降低，吸收噪声的性能也会降低。
例如，一个电路的大部分工作电流是300mA最多4000mA，但很少有额定电流为400mA的磁珠。
今天的文章到此结束，希望对大家有所帮助。
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