淺析EMI磁珠6大基本特性
發布時間:2020-01-22 責任編輯:lina
【導讀】磁珠(Ferritebead)的等效電路是一個 DCR 電阻串聯一個電感並聯一個電容和一個電阻。DCR 是shi一yi個ge恒heng定ding值zhi,但dan後hou麵mian三san個ge元yuan件jian都dou是shi頻pin率lv的de函han數shu,也ye就jiu是shi說shuo它ta們men的de感gan抗kang,容rong抗kang和he阻zu抗kang會hui隨sui著zhe頻pin率lv的de變bian化hua而er變bian化hua,當dang然ran它ta們men阻zu值zhi,感gan值zhi和he容rong值zhi都dou非fei常chang小xiao。
磁珠(Ferritebead)的等效電路是一個 DCR 電阻串聯一個電感並聯一個電容和一個電阻。DCR 是shi一yi個ge恒heng定ding值zhi,但dan後hou麵mian三san個ge元yuan件jian都dou是shi頻pin率lv的de函han數shu,也ye就jiu是shi說shuo它ta們men的de感gan抗kang,容rong抗kang和he阻zu抗kang會hui隨sui著zhe頻pin率lv的de變bian化hua而er變bian化hua,當dang然ran它ta們men阻zu值zhi,感gan值zhi和he容rong值zhi都dou非fei常chang小xiao。
從等效電路中可以看到,當頻率低於 fL(LC 諧振頻率)時,磁珠呈現電感特性;當頻率等於 fL 時,磁珠是一個純電阻,此時磁珠的阻抗(impedance)最大;當頻率高於諧振頻率點 fL 時,磁珠則呈現電容特性。EMI 選用磁珠的原則就是磁珠的阻抗在 EMI 噪聲頻率處最大。比如如果 EMI 噪聲的最大值在 200MHz,那你選擇的時候就要看磁珠的特性曲線,其阻抗的最大值應該在 200MHz 左右。下圖是一個磁珠的實際的特性曲線圖。大家可以看到這個磁珠的峰值點出現在 1GHz 左右。在峰點時,阻抗(Z)曲線的值與電阻(R)的相等。也就是說這個磁珠在 1GHz 時,是個純電阻,而且阻抗值最大。

EMC 磁珠到底是什麼特性?(2)
前麵簡單介紹了 EMI 磁ci珠zhu的de基ji本ben特te性xing曲qu線xian。從cong磁ci珠zhu的de阻zu抗kang曲qu線xian來lai看kan,其qi實shi它ta的de特te性xing就jiu是shi可ke以yi用yong來lai做zuo高gao頻pin信xin號hao濾lv波bo器qi。需xu要yao注zhu意yi的de是shi,通tong常chang大da家jia看kan到dao的de廠chang家jia提ti供gong的de磁ci珠zhu阻zu抗kang曲qu線xian,都dou是shi在zai無wu偏pian置zhi電dian流liu情qing況kuang下xia測ce試shi得de到dao的de曲qu線xian。但dan大da部bu分fen磁ci珠zhu通tong常chang被bei放fang在zai電dian源yuan線xian上shang用yong來lai濾lv除chu電dian源yuan的de EMI 噪聲。而在有偏置電流的情況下,磁珠的特性會發生一些變化。下麵是某個 0805 尺寸額定電流 500mA 的磁珠在不同的偏置電流下的阻抗曲線。大家可以看到,隨著電流的增加,磁珠的峰值阻抗會變小,同時阻抗峰值點的頻率也會變高。

在進一步闡述磁珠的特性之前,讓我們先來看一下磁珠的主要特性指標的定義:Z(阻抗,impedanceohm):磁珠等下電路中所有元件的阻抗之和,它是頻率的函數。通常大家都用磁珠在 100MHz 時的阻抗值作為磁珠阻抗值。DCR(ohm):磁珠導體的的直流電阻。額定電流:當磁珠安裝於印刷線路板並加入恒定電流,自身溫升由室溫上升 40C 時的電流值。那麼 EMI 磁珠有成千上萬種,阻抗曲線也各不相同,我們應該如根據我們的實際應用選擇合適的磁珠呢?
EMC 磁珠到底是什麼特性?(3)
讓我們首先來看一下阻抗值同為 600ohm@100MHz 但尺寸大小不同的磁珠在不同偏置電流電流和工作頻率下的特性。

EMC 磁珠到底是什麼特性?(4)
讓我們再來看一下下麵兩個不同曲線特征的磁珠 A 和磁珠 B 應用於信號線時的情況。

磁珠 A 和磁珠 B 的阻抗峰值都在 100MHz 和 200MHz 之間,但磁珠 A 阻抗頻率曲線比較平坦,磁珠 B 則比較陡峭。
我們將兩個磁珠分別放在如下的 20MHz 的信號線上,看看對信號輸出會產生什麼樣的影響。
波形測試點

下麵是用示波器分別量測磁珠輸出端的波形圖

從輸出波形來看,磁珠 B 的輸出波形失真要明顯小於磁珠 A。
原因是磁珠 B 的阻抗頻率波形比較陡峭,其阻抗在 200MHz 時較高,隻對 200MHz 附近的信號的衰減較大,但對頻譜很寬的方波波形影響較小。而磁珠 A 的阻抗頻率特性比較平坦,其對信號的衰減頻譜也比較寬,因此對方波的波形影響也較大。
下麵是上述三種情況對應的 EMI 測試結果。結果是磁珠 A 和磁珠 B 都會對 EMI 噪聲產生很大的衰減。磁珠 A 在整個 EMI 頻譜範圍內的衰減要稍好於磁珠 B。

因此,在具體選用磁珠時,阻抗頻率特性平坦型的磁珠 A 比較適合應用於電源線,而頻率特性比較陡峭的磁珠 B 則較適合應用於信號線。磁珠 B 在應用於信號線時,可以在盡量保持信號完整性的情況下,盡可能隻對 EMI 頻率附近的噪聲產生最大的衰減。
EMC 磁珠到底是什麼特性?(5)
EMC 磁珠應用於電子線路中抑製 EMI,主要有兩種應用:1. 最常見用於電源線。2. 用於信號線像音頻,視頻線等。那應該如何根據實際應用從千萬種不同特性的 EMC 磁珠中選擇合適的磁珠用於自己的係統設計呢?
向前麵所述,如果要選用磁珠用於電源線,應該做如何選擇呢?
首先,要知道開關電源的工作頻率。通常大多數開關電源工作於幾百 KHz,少數的可以工作到幾 MHz. 這個頻率基本上是在傳導輻射的頻率範圍。對於起始於 30MHz 輻射頻率來講,屬於低頻的範圍。一般來講,電源產生的輻射 EMI 噪聲,通常在小於 100MHz-300MHz 範圍。因此,選擇磁珠用選用峰值頻率小於 300MHz 低頻型的磁珠。
其qi次ci,就jiu是shi要yao知zhi道dao電dian源yuan的de工gong作zuo電dian流liu。對dui於yu哪na些xie放fang置zhi於yu開kai關guan或huo非fei直zhi流liu信xin號hao的de磁ci珠zhu,通tong常chang要yao講jiang交jiao流liu信xin號hao轉zhuan換huan有you效xiao值zhi,以yi此ci來lai選xuan擇ze磁ci珠zhu的de額e定ding電dian流liu。
對於用於電源線磁珠尺寸,像我們前麵講到的,在滿足排版空間設計要求情況下,要盡量選用大尺寸的磁珠。
用於電源線的磁珠,DCR 是十分關鍵的參數,特別是對於電池供電的便攜式設備,像手機,平板電腦等。應盡量選用 DCR 小的磁珠用於電源線,以提高電源效率。
當然,從抑製 EMI 的角度來講,磁珠的峰值阻抗越高越好。但通常,磁珠的阻抗與 DCR 成反比關係。需喲根據實際的應用情況,在 DCR 和阻抗間做一折中選擇。
最後,就像前麵所講的,磁珠的阻抗曲線要盡量平坦,以最大限度的濾除電源的高次諧波噪聲。
EMC 磁珠到底是什麼特性?(6)
假jia如ru磁ci珠zhu用yong於yu信xin號hao線xian,那na應ying該gai如ru何he選xuan擇ze磁ci珠zhu的de種zhong類lei呢ne?首shou先xian,我wo們men應ying該gai知zhi道dao磁ci珠zhu要yao用yong於yu何he種zhong信xin號hao線xian,比bi如ru是shi音yin頻pin,視shi頻pin還hai是shi其qi他ta。這zhe也ye就jiu是shi說shuo應ying該gai知zhi道dao信xin號hao的de工gong作zuo頻pin率lv。原yuan則ze上shang,磁ci珠zhu的de阻zu抗kang峰feng值zhi頻pin率lv應ying至zhi少shao高gao於yu信xin號hao的de有you效xiao帶dai寬kuan,否fou則ze會hui影ying響xiang影ying響xiang信xin號hao完wan整zheng性xing,從cong而er影ying響xiang係xi統tong的de正zheng常chang工gong作zuo。即ji使shi對dui於yu像xiang音yin頻pin之zhi類lei的de低di頻pin信xin號hao,因yin為wei音yin頻pin信xin號hao通tong常chang是shi由you音yin頻pin解jie碼ma器qi解jie碼ma而er來lai,其qi EMI 噪聲通常是音頻解碼器的幾十 MHz 的時鍾頻率諧波。
因此,即使是低頻的音頻信號,其 EMI 噪聲通常也會是高達幾十甚至幾百 MHz 的高頻噪聲。其次,要知道信號電流。對於大多數信號而言,像視頻,RS232 deng,jinjinshixinhaoeryi,bingmeiyoutaidadedianliushuchu,yincitongchangbuxuyaokaolvcizhudeedingdianliu。danduiyuyinpinxinhao,tongchangshiyougonglvshuchude,cishicizhudexuanzejiuyaokaolvshuchudianliu。cishiyaojiangyinpinxinhaozhesuanchengyouxiaozhilaixuanqushidangedingdianliudecizhu。
峰值阻抗應選擇在可能出現 EMI 問題的頻率點附近。用於高速信號的磁珠要注意阻抗匹配,比如用於視頻信號線的磁珠阻抗在 100MHz 左右要在 50 歐姆左右。用於信號線的磁珠,通常不需要考慮磁珠 DCR,磁珠的尺寸要越小越好。最後就是磁珠的阻抗曲線要盡量陡峭,以免影響信號完整性。
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