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PCB電路設計中磁珠的選用技巧

日期:2016年10月20日 15:54

使用貼片磁珠和貼片電感的原因:是使用貼片磁珠還是貼片電感主要還在於應用。在諧振電路中需要使用貼片電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時,使用貼片磁珠是最佳的選擇。

  1、磁珠的單位是歐姆,而不是亨特,這一點要特別注意。因為磁珠的單位是按照它在某一頻率產生的阻抗來標稱的,阻抗的單位也是歐姆。磁珠的DATASHEET上一般會提供頻率和阻抗的特性曲線圖,一般以100MHz為標準,比如1000R 100MHz,意思就是在100MHz頻率的時候磁 珠的阻抗相當於600歐姆。

  2、普通濾波器是由無損耗的電抗元件構成的,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,造成幹擾電平的增強。為解決這一弊病,可在濾波器的進線上使用鐵氧體磁環或磁珠套,利用滋環或磁珠對高頻信號的渦流損耗,把高頻成分轉化為熱損耗。因此磁環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。

  不同的鐵氧體抑製元件,有不同的最佳抑製頻率範圍。通常磁導率越高,抑製的頻率就越低。此外,鐵氧體的體積越大,抑製效果越好。我愛方案網上某些大牛研究發現:在體積一定時,長而細的形狀比短而粗的抑製效果好,內徑越小抑製效果也越好。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,抑製元件橫截麵越大,越不易飽和,可承受的偏流越大。EMI吸收磁環/磁珠抑製差模幹擾時,通過它的電流值正比於其體積,兩者失調造成飽和,降低了元件性能;抑製共模幹擾時,將電源的兩根線(正負)同時穿過一個磁環,有效信號為差模信號,EMI吸收磁環/磁珠對其沒有任何影響,而對於共模信號則會表現出較大的電感量。磁環的使用中還有一個較好的方法是讓穿過的磁環的導線反複繞幾下,以增加電感量。可以根據它對電磁幹擾的抑製原理,合理使用它的抑製作用。

  鐵氧體抑製元件應當安裝在靠近幹擾源的地方。對於輸入/輸出電路,應盡量靠近屏蔽殼的進、出口處。對鐵氧體磁環和磁珠構成的吸收濾波器,除了應選用高磁導率的有耗材料外,還要注意它的應用場合。它們在線路中對高頻成分所呈現的電阻大約是十至幾百Ω,因此它在高阻抗電路中的作用並不明顯,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。

  由於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控製中得到了廣泛地應用。用於EMI吸收的磁環/磁珠可製成各種的形狀,廣泛應用於各種場合。如在PCB板上,可加在DC/DC模塊、數據線、電源線等處。它吸收所在線路上高頻幹擾信號,但卻不會在係統中產生新的零極點,不會破壞係統的穩定性。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,改善係統中濾波特性 。

  磁珠專用於抑製信號線、電源線上的高頻噪聲和尖峰幹擾,還具有吸收靜電脈衝的能力。

  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,其應用頻率範圍很少超過錯50MHZ。

  磁珠的功能主要是消除存在於傳輸線結構(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 量卻是無用的電磁幹擾沿著線路傳輸和輻射(EMI)。要消除這些不需要的信號能量,使用貼片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,低頻信號也會受到貼片磁珠的影響。

  貼片磁珠由軟磁鐵氧體材料組成,構成高體積電阻率的獨石結構。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。使用貼片磁珠的好處:小型化和輕量化在射頻噪聲頻率範圍內具有高阻抗,消除傳輸線中的電磁幹擾。閉合磁路結構,更好地消除信號的串繞。極好的磁屏蔽結構。降低直流電阻,以免對有用信號產生過大的衰減。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的頻率範圍內。

  要正確的選擇磁珠,筆者給出了比較核心的幾點建議:

  一、不需要的信號的頻率範圍為多少;

  二、噪聲源是誰;

  三、是否有空間在PCB板上放置磁珠;

  四、需要多大的噪聲衰減;

  五、環境條件是什麽(溫度,直流電壓,結構強度);

  六、電路和負載阻抗是多少;

  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。總阻抗通過ZR22πfL()2+:=fL來描述。通過這一曲線,選擇在希望衰減噪聲的頻率範圍內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。貼片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。也可以到深圳電子展上去挑選。使用貼片磁珠和貼片電感的原因:是使用貼片磁珠還是貼片電感主要還在於應用。在諧振電路中需要使用貼片電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時,使用貼片磁珠是最佳的選擇。

  貼片磁珠和貼片電感的應用場合:

  貼片電感:射頻(RF)和無線通訊,信息技術設備,雷達檢波器,汽車,蜂窩電話,尋呼機,音頻設備,PDAs(個人數字助理),無線遙控係統以及低壓供電模塊等。

  貼片磁珠:時鍾發生電路,模擬電路和數字電路之間的濾波,I/O輸入/輸出內部連接器(比如串口,並口,鍵盤,鼠標,長途電信,本地局域網),射頻 (RF)電路和易受幹擾的邏輯設備之間,供電電路中濾除高頻傳導幹擾,計算機,錄像機(VCRS),電視係統和手提電話中的EMI噪聲抑止。

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