磁珠在PCB電路設(shè)計中的作用和注意事項淺談

普通濾波器是由無損耗的電抗元件構(gòu)成的，它在線路中的作用是將阻帶頻率反射回信號源，所以這類濾波器又叫反射濾波器。當(dāng)反射濾波器與信號源阻抗不匹配時，就會有一部分能量被反射回信號源，造成干擾電平的增強。為解決這一弊病，可在濾波器的進線上使用鐵氧體磁環(huán)或磁珠套，利用滋環(huán)或磁珠對高頻信號的渦流損耗，把高頻成分轉(zhuǎn)化為熱損耗。因此磁環(huán)和磁珠實際上對高頻成分起吸收作用，所以有時也稱之為吸收濾波器。

不同的鐵氧體抑制元件，有不同的最佳抑制頻率范圍。通常磁導(dǎo)率越高，抑制的頻率就越低。此外，鐵氧體的體積越大，抑制效果越好。在體積一定時，長而細的形狀比短而粗的抑制效果好，內(nèi)徑越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情況下，還存在鐵氧體飽和的問題，抑制元件橫截面越大，越不易飽和，可承受的偏流越大。EMI吸收磁環(huán)/磁珠抑制差模干擾時，通過它的電流值正比于其體積，兩者失調(diào)造成飽和，降低了元件性能；抑制共模干擾時，將電源的 兩根線(正負)同時穿過一個磁環(huán)，有效信號為差模信號，EMI吸收磁環(huán)/磁珠對其沒有任何影響，而對于共模信號則會表現(xiàn)出較大的電感量。磁環(huán)的使用中還有一個較好的方法是讓穿過的磁環(huán)的導(dǎo)線反復(fù)繞幾下，以增加電感量?？梢愿鶕?jù)它對電磁干擾的抑制原理，合理使用它的抑制作用。

鐵氧體抑制元件應(yīng)當(dāng)安裝在靠近干擾源的地方。對于輸入/輸出電路，應(yīng)盡量靠近屏蔽殼的進、出口處。對鐵氧體磁環(huán)和磁珠構(gòu)成的吸收濾波器，除了應(yīng) 選用高磁導(dǎo)率的有耗材料外，還要注意它的應(yīng)用場合。它們在線路中對高頻成分所呈現(xiàn)的電阻大約是十至幾百Ω，因此它在高阻抗電路中的作用并不明顯，相反，在低阻抗電路(如功率分配、電源或射頻電路)中使用將非常有效。

由于鐵氧體可以衰減較高頻同時讓較低頻幾乎無阻礙地通過，故在EMI控制中得到了廣泛地應(yīng)用。用于EMI吸收的磁環(huán)/磁珠可制成各種的形狀，廣 泛 應(yīng)用于各種場合。如在PCB板上，可加在DC/DC模塊、數(shù)據(jù)線、電源線等處。它吸收所在線路上高頻干擾信號，但卻不會在系統(tǒng)中產(chǎn)生新的零極點，不會破壞 系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它與電源濾波器配合使用，可很好的補充濾波器高頻端性能的不足，改善系統(tǒng)中濾波特性。

磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾，還具有吸收靜電脈沖的能力。

磁珠是用來吸收超高頻信號，象一些RF電路，PLL，振蕩電路，含超高頻存儲器電路(DDR SDRAM，RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠，而電感是一種蓄能元件，用在LC振蕩電路，中低頻的濾波電路等，其應(yīng)用頻率范圍很少超過錯50MHZ。

磁珠的功能主要是消除存在于傳輸線結(jié)構(gòu)(電路)中的RF噪聲，RF能量是疊加在直流傳輸電平上的交流正弦波成分，直流成分是需要的有用信號，而 射頻RF 能量卻是無用的電磁干擾沿著線路傳輸和輻射(EMI)。要消除這些不需要的信號能量，使用片式磁珠扮演高頻電阻的角色(衰減器)，該器件允許直流信號通過， 而濾除交流信號。通常高頻信號為30MHz以上，然而，低頻信號也會受到片式磁珠的影響。片式磁珠由軟磁鐵氧體材料組成，構(gòu)成高體積電阻率的獨石結(jié)構(gòu)。渦流損耗同鐵氧體材料的電阻率成反比。渦流損耗隨信號頻率的平方成正比。使用片式磁珠的好處: 小型化和輕量化在射頻噪聲頻率范圍內(nèi)具有高阻抗，消除傳輸線中的電磁干擾。閉合磁路結(jié)構(gòu)，更好地消除信號的串繞。極好的磁屏蔽結(jié)構(gòu)。降低直流電阻，以免對有用信號產(chǎn)生過大的衰減。顯著的高頻特性和阻抗特性(更好的消除RF能量)。在高頻放大電路中消除寄生振蕩。有效的工作在幾個MHz 到幾百MHz的頻率范圍內(nèi)。

要正確的選擇磁珠，必須注意以下幾點:

1、不需要的信號的頻率范圍為多少;

2、噪聲源是誰;

3、需要多大的噪聲衰減;

4、環(huán)境條件是什么(溫度，直流電壓，結(jié)構(gòu)強度);

5、電路和負載阻抗是多少;

6、是否有空間在PCB板上放置磁珠;

前三條通過觀察廠家提供的阻抗頻率曲線就可以判斷。在阻抗曲線中三條曲線都非常重要，即電阻，感抗和總阻抗?？傋杩雇ㄟ^ ZR22πfL()2+:=fL 來描述。通過這一曲線，選擇在希望衰減噪聲的頻率范圍內(nèi)具有最大阻抗而在低頻和直流下信號衰減盡量小的磁珠型號。片式磁珠在過大的直流電壓下，阻抗特性會 受到影響，另外，如果工作溫升過高，或者外部磁場過大，磁珠的阻抗都會受到不利的影響。 使用片式磁珠和片式電感的原因: 是使用片式磁珠還是片式電感主 要還在于應(yīng)用。在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時，使用片式磁珠是最佳的選擇。

片式磁珠和片式電感的應(yīng)用場合: