磁珠應(yīng)用Presenter:yzwangTime:磁珠應(yīng)用磁珠定義磁珠結(jié)構(gòu)磁珠基本工藝制程磁珠電性能參數(shù)磁珠仿真分析模型磁珠選型注意事項(xiàng)磁珠選型案例磁珠應(yīng)用范圍磁珠和電感的比較磁珠供應(yīng)商信息磁珠定義磁珠全稱鐵氧體磁珠，F(xiàn)erriteBead，簡寫FB。磁珠的單位是歐姆，磁珠是按照某一頻率的阻抗來標(biāo)稱，阻抗單位歐姆。磁珠DATASHEET一般提供頻率和阻抗特性曲線圖，如600R@100MHz，意思是在100MHz頻率磁珠的阻抗600Ω。

鐵氧體是一種立方晶格結(jié)構(gòu)的亞鐵磁性材料。鐵氧體材料為鐵鎂合金或鐵鎳合金，制造工藝和機(jī)械性能與陶瓷相似，顏色為灰黑色。該材料的特點(diǎn)是高頻損耗非常大，具有很高的導(dǎo)磁率，他可以是電感的線圈繞組之間在高頻高阻的情況下產(chǎn)生的電容最小。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。磁珠從封裝形式上分為片式磁珠和插裝磁珠，一般多用片式磁珠。

磁珠發(fā)展歷史磁珠結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)X射線磁珠基本工藝制程

片式磁珠由就是一個(gè)疊層型片式電感器，是由鐵氧體磁性材料與導(dǎo)體線圈組成的疊層型高體積電阻率獨(dú)石結(jié)構(gòu)。

磁珠電性能參數(shù)Z（阻抗）：

磁珠的阻抗指在電流下所有阻抗的總和，包括交流與直流部分。阻抗的直流部分僅僅是繞組的直流電阻，交流部分包括電感感抗。集膚效應(yīng)和磁芯損耗同樣會(huì)使阻抗值增大。DCR（直流電阻）：

磁珠的直流電阻指在無交流信號下測得的電阻。在電感設(shè)計(jì)中，都要求直流電阻盡可能的小。其度量單位是歐姆，通常標(biāo)稱為最大值。IDC(額定電流)：

額定電流表征了通過磁珠的直流電流的強(qiáng)度。對于磁珠，額定電流以產(chǎn)品隨外加電流在最大的額定環(huán)境溫度下的最大表面溫升來定義。額定電流取決于線圈損耗的減弱能力和線圈損耗的耗散能力，而降低線圈損耗可以通過小直流電阻實(shí)現(xiàn)。因此，提高額定電流可以通過減小直流電阻或者增大產(chǎn)品尺寸來實(shí)現(xiàn)。一般實(shí)際使用時(shí)會(huì)考慮降額使用,一般至少降額80%，推薦降額50%以下。磁珠特性（信號影響）磁珠A、B阻抗峰值都在100MHz和200MHz之間，A曲線平坦，B比較陡峭。將磁珠放在20MHz信號線上，測試信號影響。

信號失真：A>BEMI全頻段效果：A>BA適合電源線，B適合信號線。B應(yīng)用于信號線在盡量保持信號完整性的情況下，盡可能只對EMI頻率附近的噪聲產(chǎn)生最大的衰減。磁珠仿真分析模型鐵氧體磁珠廠商通常提供其器件的等效SPICE電路模型，用于系統(tǒng)仿真。當(dāng)無法從廠商處獲得鐵氧體磁珠模型的情況下，根據(jù)前面磁珠物理結(jié)構(gòu)，可以將鐵氧體磁珠建模成一個(gè)由R、L和C元件組成的簡單網(wǎng)絡(luò)，如右圖所示。模型為一階近似，可以有效的應(yīng)用于1GHz以下仿真。右下圖顯示為獲取的某個(gè)磁珠的SPICE設(shè)置。低頻條件下，Cpar為開路，Lbead為短路，表現(xiàn)為Rbead作為磁珠直流電阻。隨著頻率增加,Lbead的阻抗開始隨著頻率（jωLbead

）線性上升，而Cpar的阻抗隨著頻率(1/jωCpar）反比例下降。鐵氧體磁珠的阻抗頻率曲線圖的上升斜率主要由Lbead決定。從某個(gè)高頻點(diǎn)開始，Cpar的阻抗開始占主導(dǎo)，鐵氧體磁珠的阻抗開始下降，從而降低其電感效應(yīng)。這種情況下阻抗-頻率曲線圖的下降斜率主要由寄生電容Cpar決定。Rpar有助于減緩鐵氧體磁珠的Q因子。過大的Rpar和Cpar值會(huì)增加鐵氧體磁珠的Q因子，并降低其有效帶寬。形成高Q鐵氧體磁珠，導(dǎo)致目標(biāo)信號網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)不期望的瞬態(tài)振鈴響應(yīng)。Rbead磁珠直流電阻Rpar

鐵氧體損耗（磁損耗）Lbead

鐵氧體磁珠有效電感Cpar

導(dǎo)體線圈的寄生電容磁珠仿真分析模型（反諧振）使用鐵氧體磁珠時(shí)，注意可能出現(xiàn)的反諧振峰值，其可能會(huì)導(dǎo)致超出目標(biāo)阻抗限制的阻抗曲線。下降的電容特性斜率與鐵氧體磁珠的上升的電感特性斜率交錯(cuò)在一起時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)這些反諧振峰值，如右圖所示。如果目標(biāo)阻抗較低，這些峰值極易超出目標(biāo)阻抗限制。使用SPICE或類似的電路仿真器來確保這些反諧振峰值不會(huì)超過目標(biāo)阻抗。在SPICE中，將一個(gè)穩(wěn)壓源建模成一個(gè)簡單的電阻-電感串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，驅(qū)動(dòng)一個(gè)1A的負(fù)載，并將其運(yùn)用到建模的PDN電路中。在100Hz到1GHz頻譜范圍內(nèi)做AC掃描來仿真該電路，以獲得以Ω為單位的去耦網(wǎng)絡(luò)阻抗曲線圖。使用鐵氧體磁珠可能引入反諧振峰值，但不會(huì)改變PDN曲線，這點(diǎn)可以通過SPICE驗(yàn)證。磁珠選型注意事項(xiàng)了解需要抑制的噪聲頻段范圍；明確電磁干擾源及位置；了解需要多大的噪聲衰減；確定運(yùn)行環(huán)境條件（溫度、直流電壓壓降、額定電流、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、外部磁場強(qiáng)度）；明確回路的源阻抗和負(fù)載阻抗；關(guān)注低頻時(shí)磁珠和電容的反諧振問題；了解PCB板上是否有空間放置磁珠。前三條通過觀察廠家提供的阻抗頻率曲線可以判斷。在曲線中三條曲線都重要，即電阻、感抗和總阻抗。典型的阻抗曲線如右圖所示：通過曲線選擇在期望噪聲衰減頻率范圍內(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。磁珠特性說明磁珠種類多且不標(biāo)準(zhǔn)化，制造商提供技術(shù)指標(biāo)說明。磁珠有特定的最佳抑制頻率范圍。通常磁導(dǎo)率越高抑制頻率越低；體積越大抑制效果越好。體積一定時(shí)，長度越長內(nèi)徑越小抑制效果越好。有直流或交流偏流的情況下存在鐵氧體飽和問題，抑制元件橫截面越大越不易飽和，可承受的偏流越大。輸入/輸出電路盡量靠近屏蔽殼進(jìn)出口。磁珠構(gòu)成的吸收濾波器，選用高磁導(dǎo)率有耗材料注意應(yīng)用場合。在線路中對高頻成分呈現(xiàn)電阻約是十至幾百歐姆，在高阻抗電路作用不明顯，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。EMI磁環(huán)/磁珠抑制差模，通過電流值正比于體積，兩者失調(diào)造成飽和會(huì)降低性能；抑制共模時(shí)將正負(fù)線同時(shí)穿過一個(gè)磁環(huán)，不影響差模信號，對共模表現(xiàn)出較大的電感量。使用磁環(huán)較好方法是讓導(dǎo)線在磁環(huán)反復(fù)繞以增加電感量。磁珠選型案例假設(shè)：1)磁珠左側(cè)輸入電源網(wǎng)表:3.2Vdc+300mVpp@100MHz(后半部分為電源中心頻率噪聲)2)磁珠右側(cè)負(fù)載要求：Vdc≥3.0VdcVn≤50mVpp@100MHz交流負(fù)載≥50歐@100MHz直流電流≤300mA根據(jù)以上條件計(jì)算如下：A)計(jì)算磁珠直流電阻DCR：DCR≤(3.2Vdc-3.1Vdc)/300mA=0.3歐（降額50%）B)計(jì)算噪聲抑制：磁珠阻抗@100MHz≥(300mVpp-50mVpp)/50mVpp*50歐=250歐綜合得到磁珠：(1)DCR≤0.3歐(2)100MHz阻抗≥250歐(3)額定電流≥300mA假設(shè)你選取一個(gè)阻抗為50歐的磁珠，抑制的效果只有一半，在該磁珠右端的輸出大概還會(huì)有150mVpp的噪聲。另外，從工藝的角度看，上述的(A)和(B)是矛盾的。選擇磁珠之前，你需要先對電路的噪聲情況(噪聲中心頻率、幅度大小、抑制后的大小)和直流情況有一個(gè)初步的估計(jì)，然后選擇合適的參數(shù)。磁珠選型案例（電源隔離）StrarixIVEP4SGX230KF40器件Pll電源磁珠隔離設(shè)計(jì)案例VCC和VCCD_PLL采用磁珠隔離，VCC要求從直流到25MHz頻帶內(nèi)達(dá)到9mΩ的阻抗目標(biāo)，VCCD_PLL去耦（C1b、C2b和Cnb）的目標(biāo)阻抗為70MHz頻帶內(nèi)目標(biāo)阻抗低于0.45Ω。磁珠選用萊爾德科技（LairdTechnologies）的LI0805H121R-10.磁珠分類磁珠按Q值可分為高Q值磁珠和低Q值磁珠。高Q值磁珠類似于電感主要用于振蕩電路（如RF振蕩器、濾波器等），低Q值磁珠通常用于電源濾波，其應(yīng)用中不會(huì)產(chǎn)生新的零極點(diǎn)。用于電源時(shí)需要關(guān)注低頻段反諧振。磁珠廠家基本都按用途分類：低速信號線用、高速信號線用、大電流線路用、抑制高頻噪聲(1GHz以以上)和高頻大電流線路用。以順絡(luò)電子磁珠為例見下表。磁珠分類舉例磁珠應(yīng)用特點(diǎn)電源應(yīng)用工作頻率：開關(guān)電源工作頻率幾百KHz-幾MHz，對應(yīng)的電源輻射EMI噪聲通常小于100MHz-300MHz范圍，選用峰值頻率小于300MHz低頻型磁珠。工作電流：按照交流信號有效值選擇磁珠額定電流。電源磁珠在滿足布局空間設(shè)計(jì)要求下盡量選用大尺寸的磁珠。磁珠DCR：關(guān)鍵參數(shù)，選用DCR小的磁珠用于電源，提高電源效率特別是電池供電的便攜式設(shè)備如手機(jī)、平板電腦等。抑制EMI的角度來講，磁珠的峰值阻抗越高越好。工藝原因磁珠的阻抗與DCR基本成正比關(guān)系，需要阻抗和DCR折中考慮。磁珠的阻抗曲線要盡量平坦，最大限度的濾除電源高次諧波噪聲。磁珠應(yīng)用特點(diǎn)（二）信號線應(yīng)用信號線種類、工作頻率及帶寬：如是音頻，視頻還是其他信號。磁珠阻抗峰值頻率至少高于信號有效帶寬，否則影響信號完整性。低頻信號如音頻通常由音頻解碼器解碼得來，其EMI噪聲通常是音頻解碼器的幾十MHz的時(shí)鐘頻率諧波，通常也高達(dá)幾十甚至幾百M(fèi)Hz。信號電流：大多數(shù)信號如視頻、RS232等僅僅是電壓信號，不考慮磁珠額定電流。音頻信號是有功率輸出要求，磁珠需要考慮額定電流。峰值阻抗應(yīng)選擇在可能出現(xiàn)EMI問題的頻率點(diǎn)附近。高速信號磁珠要注意阻抗匹配，比如視頻信號線的磁珠阻抗100MHz要在50歐姆左右。信號線磁珠通常不考慮磁珠DCR，磁珠尺寸越小越好。磁珠阻抗曲線盡量陡峭，以免影響信號完整性。磁珠與電感比較電感磁珠元件特性儲(chǔ)能元件能量轉(zhuǎn)換（消耗）元件頻率范圍LC振蕩電路、中低頻的濾波電路，頻率很少超過50MHz；扼流圈使用時(shí)EMI噪聲抑制，30MHz至3000MHz范圍內(nèi)的噪聲關(guān)注參數(shù)電路諧振、扼流電抗、Q值、DCR、額定電流阻抗、DCR、額定電流、Q值器件特性諧振電路（諧振發(fā)生電路，振蕩電路、時(shí)鐘電路，脈沖電路，波形發(fā)生電路、高Q帶通濾波電路）：高Q，窄的電感偏差，穩(wěn)定的溫度系數(shù)，才能達(dá)到諧振電路窄帶，低的頻率溫度漂移的要求。高Q電路具有尖銳的諧振峰值。窄的電感偏置保證諧振頻率偏差盡量小。穩(wěn)定的溫度系數(shù)保證諧振頻率具有穩(wěn)定的溫度變化特性。

扼流圈：主要參數(shù)是直流電阻（DCR）、額定電流、低Q值。當(dāng)作為濾波器使用時(shí)，希望寬的帶寬特性，需要電感的高Q特性。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(gè)MHz到幾百M(fèi)Hz的頻率范圍內(nèi)。應(yīng)用諧振電路、信號阻抗匹配消除不需要的EMI噪聲、高頻噪聲隔離磁珠與電感比較（續(xù)）電感磁珠EMI側(cè)重于抑制傳導(dǎo)干擾；電感則因?yàn)榇挪牟环忾]，會(huì)把大量的高頻信號傳到外部空間，引起EMI輻射問題。吸收高頻EMI噪聲信號（RF電路、PLL、振蕩電路、超高頻存儲(chǔ)器電路電源部分）濾波器類型反射濾波器

普通濾波器是由無損耗的電抗元件構(gòu)成，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(shí)，就會(huì)有一部分能量被反射回信號源，造成干擾電平的增強(qiáng)。吸收濾波器

磁環(huán)和磁珠實(shí)際上對高頻成分起吸收作用，所以有時(shí)也稱之為吸收濾波器。它吸收所在線路上高頻干擾信號，但卻不會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生新的零極點(diǎn)，不會(huì)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(bǔ)充濾波器高頻端性能的不足，改善系統(tǒng)中濾波特性。產(chǎn)品應(yīng)用場合射頻（RF）和無線通訊、信息技術(shù)設(shè)備、雷達(dá)檢波器、汽車電子、蜂窩電話、尋呼機(jī)、音頻設(shè)備、PDAs（個(gè)人數(shù)字助理）、無線遙控系統(tǒng)以及低壓供電模塊等時(shí)鐘發(fā)生電路、模擬電路和數(shù)字電路間的隔離濾波；I/O輸入/輸出內(nèi)部連接器（比如串口、并口、鍵盤、鼠標(biāo)、長途電信、本地局域網(wǎng)）、射頻電路和易受干擾的邏輯設(shè)備間、供電電路中濾除高頻傳導(dǎo)干擾、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、錄像機(jī)（VCRS）、電視系統(tǒng)和手提電話中的EMI噪聲抑止。其他溫升、外部磁場都會(huì)對磁珠產(chǎn)生非常不利影響磁珠供應(yīng)商信息磁珠供應(yīng)商日系：Murata、Taiy