磁珠在高速電路設計中的等效電路及其應用、分析
更新時間:2018-07-31
在電路板中我們常用的磁珠的全稱為鐵氧體磁珠濾波器(另有一種是非晶合金磁性材料制作的磁珠),外形和電感較為相似,主要功能是吸收電源、信號上的噪聲等干擾,是一種抗干擾元件,濾除高頻噪聲效果顯著。
無論是電感和電容消除干擾來說,電容只是為噪聲提供一個地阻抗路徑,而電感則是把噪聲反射回去,從本質上來說他們都沒有消除噪聲,只是改變了噪聲的傳播路徑。而磁珠則不同,在一定的頻率內它能反射噪聲,在一定的頻率內還能吸收噪聲轉化為熱能,從這一點來看,磁珠才是真正的消除了噪聲。
1.1、鐵氧體材料的特點
鐵氧體材料的特點是高頻損耗非常大,具有很高的導磁率,對較高頻率的電流會產生較大的衰減。對于抑制電磁干擾用的鐵氧體,最重要的性能參數(shù)為磁導率μ和飽和磁通密度Bs。它的等效電路為一個電感和一個電阻串聯(lián),兩個元件的值都與磁珠的長度成比例。當導線穿過這種鐵氧體磁芯時,所構成的電感阻抗是隨著頻率的升高而增加。高頻電流在其中以熱量形式散發(fā)。
1.2、磁珠等效電路
磁珠等效電路的電感部分以X表示,電阻成分以R表示。其整體特性是用R和X合成的阻抗Z的頻率特性來表示。
磁珠的阻抗Z,在低頻段由X起主導作用,體現(xiàn)出電感性,其功能是反射噪聲。在高頻段是R起主導作用,表現(xiàn)出電阻性,其作用是吸收噪聲并將噪聲轉化為熱量。證兩種功能的轉換點就是在曲線上R和X相等處。

磁珠的阻抗特性曲線
如上圖所示R、X交叉點便是功能的轉換點,轉換點以下體現(xiàn)出電感性,以上體現(xiàn)出電阻性。轉換點頻率越高其磁珠體現(xiàn)出電感性的頻帶越寬,對低頻的吸收能力越弱,對高頻的吸收能力越強;轉換點頻率越低其磁珠體現(xiàn)出電感性的頻帶越窄,對低頻的吸收能力越強,對高頻的吸收能力越弱。
磁珠的單位是歐姆,是按照它在某一頻率下產生的阻抗來標稱的。磁珠的數(shù)據(jù)參數(shù)表(DATASHEET)上,一般會提供頻率和阻抗的特性曲線圖,常以100MHz為標準,比如600R@100MHz,意思就是在100MHz頻率時磁珠的阻抗相當于600歐姆。
例如某磁珠參數(shù)為120Ω,25%,3A,1206,是指在頻率1OOMHz時,阻抗值為1200,允許誤差是:±25%,允許穿過的標稱最大電流為3A;1206是外形尺寸,EIAl206(英制:英寸)等同于JIS/IEC3216(國際單位制:毫米),即長3.2mm、寬1.6mm。磁環(huán)和磁珠對高頻成分起吸收作用,也稱為吸收濾波器。
2.1、在高速電路中的選型
在磁珠選型時,需仔細分析電路信號與噪聲所在的頻帶,所選擇的磁珠應滿足:電路噪聲的頻帶大于磁珠頻率的轉化點,以便于磁珠吸收噪聲而不是反射噪聲;電路信號的頻帶應處于轉換點以下,以防有效信號被磁珠衰減。
對于串聯(lián)磁珠的線路,磁珠轉換點頻率越低線路震蕩與波性失真就越小 ;反之越大。鐵氧體磁珠廣泛應用于印制電路板,如在印制板的電源線入口端套上磁珠(較大的磁環(huán)),就可以濾除高頻干擾。鐵氧體磁環(huán)或磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高頻干擾和尖峰干擾,它也具有吸收靜電放電脈沖干擾的能力。

磁珠的參數(shù)選擇
2.2、磁珠在電源電路中的選型
磁珠的選型,還需要考慮額定電流、直流阻抗和諧振頻率等因素。與電感類似,在磁珠用于電源電路濾波時,其工作電流不能大于磁珠的額定電流。當工作電流大于磁珠的額定電流時,將會對磁珠本身產生不利影響,使其損壞。
磁珠本身還有直流阻抗,在電源電路較大時,還應注意直流阻抗。另外,還應考慮其諧振頻率,當工作頻率高于諧振頻率時,磁珠表現(xiàn)為電容性,阻抗迅速減小。
無論是電感和電容消除干擾來說,電容只是為噪聲提供一個地阻抗路徑,而電感則是把噪聲反射回去,從本質上來說他們都沒有消除噪聲,只是改變了噪聲的傳播路徑。而磁珠則不同,在一定的頻率內它能反射噪聲,在一定的頻率內還能吸收噪聲轉化為熱能,從這一點來看,磁珠才是真正的消除了噪聲。
1、磁珠的等效電路
1.1、鐵氧體材料的特點
鐵氧體材料的特點是高頻損耗非常大,具有很高的導磁率,對較高頻率的電流會產生較大的衰減。對于抑制電磁干擾用的鐵氧體,最重要的性能參數(shù)為磁導率μ和飽和磁通密度Bs。它的等效電路為一個電感和一個電阻串聯(lián),兩個元件的值都與磁珠的長度成比例。當導線穿過這種鐵氧體磁芯時,所構成的電感阻抗是隨著頻率的升高而增加。高頻電流在其中以熱量形式散發(fā)。
1.2、磁珠等效電路
磁珠等效電路的電感部分以X表示,電阻成分以R表示。其整體特性是用R和X合成的阻抗Z的頻率特性來表示。

磁珠的等效電路
磁珠的阻抗Z,在低頻段由X起主導作用,體現(xiàn)出電感性,其功能是反射噪聲。在高頻段是R起主導作用,表現(xiàn)出電阻性,其作用是吸收噪聲并將噪聲轉化為熱量。證兩種功能的轉換點就是在曲線上R和X相等處。

磁珠的阻抗特性曲線
如上圖所示R、X交叉點便是功能的轉換點,轉換點以下體現(xiàn)出電感性,以上體現(xiàn)出電阻性。轉換點頻率越高其磁珠體現(xiàn)出電感性的頻帶越寬,對低頻的吸收能力越弱,對高頻的吸收能力越強;轉換點頻率越低其磁珠體現(xiàn)出電感性的頻帶越窄,對低頻的吸收能力越強,對高頻的吸收能力越弱。
2、在高速電路中如何選擇磁珠
磁珠的單位是歐姆,是按照它在某一頻率下產生的阻抗來標稱的。磁珠的數(shù)據(jù)參數(shù)表(DATASHEET)上,一般會提供頻率和阻抗的特性曲線圖,常以100MHz為標準,比如600R@100MHz,意思就是在100MHz頻率時磁珠的阻抗相當于600歐姆。
例如某磁珠參數(shù)為120Ω,25%,3A,1206,是指在頻率1OOMHz時,阻抗值為1200,允許誤差是:±25%,允許穿過的標稱最大電流為3A;1206是外形尺寸,EIAl206(英制:英寸)等同于JIS/IEC3216(國際單位制:毫米),即長3.2mm、寬1.6mm。磁環(huán)和磁珠對高頻成分起吸收作用,也稱為吸收濾波器。
2.1、在高速電路中的選型
在磁珠選型時,需仔細分析電路信號與噪聲所在的頻帶,所選擇的磁珠應滿足:電路噪聲的頻帶大于磁珠頻率的轉化點,以便于磁珠吸收噪聲而不是反射噪聲;電路信號的頻帶應處于轉換點以下,以防有效信號被磁珠衰減。
對于串聯(lián)磁珠的線路,磁珠轉換點頻率越低線路震蕩與波性失真就越小 ;反之越大。鐵氧體磁珠廣泛應用于印制電路板,如在印制板的電源線入口端套上磁珠(較大的磁環(huán)),就可以濾除高頻干擾。鐵氧體磁環(huán)或磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高頻干擾和尖峰干擾,它也具有吸收靜電放電脈沖干擾的能力。

磁珠的參數(shù)選擇
2.2、磁珠在電源電路中的選型
磁珠的選型,還需要考慮額定電流、直流阻抗和諧振頻率等因素。與電感類似,在磁珠用于電源電路濾波時,其工作電流不能大于磁珠的額定電流。當工作電流大于磁珠的額定電流時,將會對磁珠本身產生不利影響,使其損壞。
磁珠本身還有直流阻抗,在電源電路較大時,還應注意直流阻抗。另外,還應考慮其諧振頻率,當工作頻率高于諧振頻率時,磁珠表現(xiàn)為電容性,阻抗迅速減小。
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