PCB设计正确使用磁珠

licheng521

磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力。　　　磁珠是用来吸收超高频信号，象一些RF电路，PLL，振荡电路，含超高频存储器电路（DDR SDRAM，RAMBUS等）都需要在电源输入部分加磁珠，而电感是一种蓄能元件，用在LC振荡电路，中低频的滤波电路等，其应用频率范围很少超过错50MHZ.磁珠的功能主要是消除存在于传输线结构（PCB电路）中的RF噪声，RF能量是叠加在直流传输电平上的交流正弦波成分，直流成分是需要的有用信号，而射频 RF能量却是无用的电磁干扰沿着线路传输和辐射（EMI）。要消除这些不需要的信号能量，使用片式磁珠扮演高频电阻的角色（衰减器），该器件允许直流信号通过，而滤除交流信号。麦斯艾姆（massembly）贴片知识课堂，用通俗的文字介绍专业贴片知识。麦斯艾姆科技，全国首家PCB(麦斯艾姆知识课堂)样板打板，元器件代采购，及贴片的一站式服务提供者！,通常高频信号为30MHz以上，然而，低频信号也会受到片式磁珠的影响。　　　片式磁珠由软磁铁氧体材料组成，构成高体积电阻率的独石结构。涡流损耗同铁氧体材料的电阻率成反比。涡流损耗随信号频率的平方成正比。使用片式磁珠的好处： 小型化和轻量化 在射频噪声频率范围内具有高阻抗，消除传输线中的电磁干扰。 闭合磁路结构，更好地消除信号的串绕。极好的磁屏蔽结构。 降低直流电阻，以免对有用信号产生过大的衰减。 显著的高频特性和阻抗特性（更好的消除RF能量）。在高频放大电路中消除寄生振荡。 有效的工作在几个MHz到几百MHz的频率范围内。　　　要正确的选择磁珠，必须注意以下几点：　　1、不需要的信号的频率范围为多少；　　2、噪声源是谁；　　3、需要多大的噪声衰减；　　4、环境条件是什么（温度，直流电压，结构强度）；　　5、电路和负载阻抗是多少；　　6、是否有空间在PCB板上放置磁珠；　　前三条通过观察厂家提供的阻抗频率曲线就可以判断。在阻抗曲线中三条曲线都非常重要，即电阻，感抗和总阻抗。总阻抗通过ZR22πfL（）2+：=fL来描述。通过这一曲线，选择在希望衰减噪声的频率范围内具有最大阻抗而在低频和直流下信号衰减尽量小的磁珠型号。片式磁珠在过大的直流电压下，阻抗特性会受到影响，另外，如果工作温升过高，或者外部磁场过大，磁珠的阻抗都会受到不利的影响。使用片式磁珠和片式电感的原因：是使用片式磁珠还是片式电感主要还在于应用。在谐振电路中需要使用片式电感。而需要消除不需要的EMI噪声时，使用片式磁珠是最佳的选择。麦斯艾姆（massembly）贴片知识课堂，用通俗的文字介绍专业贴片知识。麦斯艾姆科技，全国首家PCB(麦斯艾姆知识课堂)样板打板，元器件代采购，及贴片的一站式服务提供者！片式磁珠和片式电感的应用场合：片式电感： 射频（RF）和无线通讯，信息技术设备，雷达检波器，汽车电子，蜂窝电话，寻呼机，音频设备，PDAs（个人数字助理），无线遥控系统以及低压供电模块等。　　片式磁珠：时钟发生电路，模拟电路和数字电路之间的滤波，I/O输入/输出内部连接器（比如串口，并口，键盘，鼠标，长途电信，本地局域网），射频（RF）电路和易受干扰的逻辑设备之间，供电电路中滤除高频传导干扰，计算机，打印机，录像机（VCRS），电视系统和手提电话中的EMI噪声抑止。 　　　

kenhz

说的很清楚，不错！

criterion

kenhz 发表于 2013-12-10 11:21
说的很清楚，不错！

谈谈磁珠，因为电感与磁珠，都具有抑制噪声的功能，因此一般而言，这两者可相互替换，
如DC-DC Converter的切换噪声，除了以电感抑制，亦可更换成磁珠来抑制。



然而在特性上，磁珠与电感仍有些许不同，下图是磁珠的频率响应 :





电感在低频时，完全是个电阻，其阻抗由 DCR 控制，但由上图可知，
磁珠在低频时，其电抗大于电阻，此时完全是个电感。
另外，电感在高频时，呈电感性，但磁珠在高频时，其电阻大于电抗，呈电阻性。
而在过了SRF之后，会呈现电容性，其抑制噪声能力会下降，这一点电感与磁珠都相同。

磁珠等效于电阻与电感串联，如下图，高频时完全是个电阻，因此抑制高频噪声的原理，与电感有所不同。





根据感抗公式，电感在高频时，具有很大的阻抗，因此噪声会被反射回去，达到阻隔噪声之效。
而磁珠在高频时，是个电阻，因此会将高频噪声，转化为热能。





虽然一般而言，电感与磁珠可相互替换，
但由于磁珠在高频时为电阻性，能在相当宽的频率范围内保持高阻抗，
因此抑制高频噪声能力，会比电感来得好，所以比起电感，更常被使用于电源走线。

由于磁珠的电感值与电阻值，都会随频率变化，
因此Datasheet，都会标注特定频率下的阻抗值，一般都是以100MHz为特定频率。



虽然磁珠等效于电阻与电感串联，但磁珠对于高频噪声，才有抑制作用，
换言之，我们所要利用的，是磁珠在高频下的电阻特性，
因此在效能上，必须以电阻看待。
而由前述可知，在高频时，由于电感值小于电阻值，其磁珠的阻抗，由电阻所支配，
故其Datasheet的阻抗值，其实几乎等同于电阻值，
所以一般说的600R，代表在100MHz下，该磁珠阻抗为600奥姆，电阻值也约600奥姆。




也因为磁珠的电阻值，会随频率变化，因此在挑选时，需注意该磁珠于噪声频率下的阻抗值，如下图 :



噪声频率为10MHz，而Sample A在10MHz的阻抗，明显比Sample B高出许多，
而由波形可知，Sample A的上升与下降曲线，也比Sample B平缓许多，连带在频域上的噪声成分减少许多，
亦即Sample A抑制10MHz噪声的能力较佳，而Sample B比较适用于100MHz ~ 200MHz的噪声频率。
虽然噪声频率下的阻抗值越大，其抑制噪声能力越好，
但若阻抗越大，其DCR也越大，亦即其信号的损耗，以及电源的IR Drop也越大，故需做一个折衷考虑。




当流经电流超过饱和电流时，则电感便几乎没有抑制噪声与稳流的作用，
而磁珠也有相同限制，由上图可知，当流经电流加大时，
其磁珠的有效阻抗与带宽，都会跟着下降，虽然因为频偏关系，导致电容性频率范围的阻抗有所提升，
但毕竟我们所要利用的，是磁珠在高频下的电阻特性，而非电容特性，
因此同电感一般，其饱和电流越大越好，至少需为流经电流之1.3倍。

另外，电感与磁珠，其规格有所谓的额定电流，来表示所能承受的电流强度，
若用在电源走线的噪声抑制，需特别注意，
以GSM为例，若单一Slot的耗电流为300 mA，由于GSM的Burst有八个Slot，故其总消耗电流为2.4 A，
亦即其电源走线的电感或磁珠，其额定电流至少需2.4 A以上。
一般而言，额定电流越大，则尺寸也会越大，但阻抗会越小，
因此虽然额定电流越大越大越安全，但会加大占用空间，且降低抑制噪声能力，因此须做一个折衷考虑。


而RF走线可摆放串联电感，以隔绝Out-of-band的噪声，但几乎不会摆放磁珠，我们以下图作说明。



由上图发现，在所有频率范围内，其阻抗皆高于50奥姆，
以EGSM 900/DCS 1800频段为例，若使用磁珠于RF走线，会使讯号有严重的Mismatch Loss，
甚至有的阻抗会高到使讯号呈现开路状态，导致讯号完全过不去，因此RF走线，几乎不会摆放磁珠。



其他详细原理
可参照



在此就不赘述

Alisa_shi

讲得真好！顶一个！