磁珠应用总结

一、磁珠概述

磁珠是一种抗干扰元件，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。像一些RF电路，PLL，振荡电路，含超高频存储器电路（DDRSDRAM，RAMBUS等）都需要在电源输入部分加磁珠。磁珠有很高的电阻率和磁导率，等效于电阻和电感串联，但电阻值和电感值都随频率变化。

 

二、磁珠特性

1、磁珠是一种阻抗随频率变化的电阻器。

2、低频时，呈电感特性，阻抗较低，磁芯损耗较小，容易造成谐振。因此在低频段时可能使用磁珠后，干扰现象增强。

3、高频时，阻抗主要由电阻成分构成。随着频率的升高，磁导率降低，感抗减小，磁芯损耗率增加，电阻成分增加，导致总阻抗增加。当高频信号通过磁珠时，电磁干扰被吸收并转换为热能的形式耗散掉。

4、等效电路是一个DCR电阻串联一个电感L(f)，并联一个电容C(f)和一个电阻R(f)。DCR是一个恒定值，但后面三个元件都是频率的函数，也就是说他们的感抗、容抗和阻抗会随着频率的变化而变化，当然他们的阻值、容值和感量都很小。

一般在选用磁珠时重点注意以下几个参数：

1、Impedance表示器件在100MHz时的最大阻抗值。一般在选用磁珠的时候，都以此值作为选用的重点参考。

2、Reted Current表示器件应用时的最大额定电流。在电源滤波选用的时候，这个参数作为重点。电路工作电流一定要小于器件额定工作电流的80%，不然容易烧毁器件。

3、DCR表示直流阻抗。在电源滤波时，注意考虑直流阻抗会导致压降，可能导致芯片供电不够。

4、注意器件的特性类别。比如台湾MAXECHO磁珠产品线中，“A”和“K”型号的磁珠用于一般信号，“B”型号的磁珠用于高速信号，“H”型号的磁珠用于超高速信号。

图3.1 MAXECHO磁珠产品线中的不同型号的磁珠对应的工作频率

图3.2 不同从材质的磁珠的典型阻抗特性

由于磁珠存在“A”、“B”、“K”、“H”类型的差异，故在选用的时候，需要依据其特性而定。从“A”、“B”、“K”、“H”类型的磁珠特性曲线对比来看，“A”、“K”类型比较平缓，而“B”、“H”类型的磁珠特性曲线比较陡峭。具体的使用说明参考下面示例：

比如，现在系统有个66MHz的工作频率，但是发现它有几个倍频超标，特别是200MHz以后超标很严重，那么在选用磁珠的时候就要区分类型了。为了抑制干扰，显然在选择磁珠的时候，一半会选择对于抑制频点阻抗值大点的器件，同时还要注意，由于工作频点是66MHz，那么选择器件抑制干扰的时候，对于工作频点的阻抗就要小一些，不能影响到正常工作。这个时候一般都会选择“B”类型的磁珠，因为它的特性曲线从起始到阻抗最大值都是特别陡峭，对于需要一致的干扰频点带宽很集中，不会像“A”类型磁珠那般抑制的干扰频点带宽很大， 容易影响到工作频点。所以，选择不同类型的磁珠，对于抑制不同的干扰很重要。

图3.3 某型号磁珠的阻抗特性曲线

磁珠的阻抗在EMI噪声频率最大，比如如果EMI噪声的最大值在200MHz，那你选择的时候就要看磁珠的特性曲线，其阻抗的特性曲线应该在200MHz左右。上图是一个磁珠的实际特性曲线图，大家可以看到这个磁珠的峰值点出现在2GHz左右，在峰点时，阻抗（Z）曲线的值与电阻（R）相等，也就是说这个磁珠在2GHz时，是个纯电阻，而且阻抗值最大。

图3.4 不同偏置电流下的磁珠阻抗特性曲线

从磁珠的阻抗曲线来看，其实它的特性就是可以用来做高频信号滤波器。需要注意的是，通常大家看到的厂家提供的磁珠阻抗曲线，都是在无偏置电流情况下测试得到的曲线。但大部分磁珠通常被放在电源线上用来滤除电源的 EMI 噪声。而在有偏置电流的情况下， 磁珠的特性会发生一些变化。下面是某个 0805 尺寸、额定电流 500mA 的磁珠在不同的偏置电流下的阻抗曲线。大家可以看到，随着电流的增加，磁珠的峰值阻抗会变小，同时阻抗峰值点的频率也会变高。

EMI磁珠有成千上万种，阻抗曲线也各不相同，我们应如何根据实际应用选取合适的磁珠？

首先来看一下阻抗值同为600ohm@100MHz，但尺寸大小不同的磁珠在不同偏置电流和不工作频率下的特性。

表3.1 不同尺寸不同偏置电流下的阻抗特性

上面是四个不同大小的磁珠分别工作在0A，100mA，偏置电流及在100MHz，500MHz，和1GHz工作频率下的阻抗值。从上表的测试数据中可以看出，1206尺寸的在低频100MHz工作时，其阻抗值仅从0A下的600ohm减小到100mA偏置电流下的550ohm，而0402尺寸的磁珠阻抗值却从0A下的600ohm大幅减小为175ohm。由此看来，在低频大偏置电流应用的情况下，应该选择大尺寸的磁珠，其阻抗特性会好一些。

而在高频工作时的情形，1206尺寸的磁珠其1GHz下的阻抗从100MHz下的600ohm大幅减小为105ohm，而0402尺寸的磁珠其1GHz下的阻抗则只有100MHz下的600ohm小幅减小为399ohm，所以在高频应用时，我们应该尽量选择小尺寸的磁珠。

5、当磁珠应用于信号线时，应该按如下原则选取磁珠。

首先，知道磁珠要应用于何种信号线，比如音频、视频还是其他。原则上，磁珠的阻抗峰值应该至少高于信号的有效带宽，否则会影响信号的完整性，从而影响系统的正常工作。即使对于音频之类的低频信号，因为音频信号通常是由音频解码器解码而来，其 EMI

噪声通常是音频解码器的几十 MHz 的时钟频率谐波。因此，即使是低频的音频信号，其 EMI 噪声通常也会是高达几十甚至几百 MHz 的高频噪声。

其次，要知道信号电流。对于大多数信号而言，像视频，RS232 等，仅仅是信号而已，并没有太大的电流输出，因此通常不需要考虑磁珠的额定电流。但对于音频信号，通常是有功率输出的，此时磁珠的选择就要考虑输出电流。此时要将音频信号折算成有效值来选取适当额定电流的磁珠。

峰值阻抗应选择在可能出现 EMI 问题的频率点附近。

用于高速信号的磁珠要注意阻抗匹配，比如用于视频信号线的磁珠阻抗在 100MHz 左右要在 50 欧姆左右；用于信号线的磁珠，通常不需要考虑磁珠 DCR，磁珠的尺寸要越小越好。

另外选择磁珠时需要注意磁珠的通流量，一般需要降额 80％处理，用在电源电路时要考虑直流阻抗对压降影响。

最后就是磁珠的阻抗曲线要尽量陡峭，以免影响信号完整性。

 

四、应用实例：

不同曲线特征的磁珠A和磁珠B应用与信号线的情况。

图4.1 磁珠A和磁珠B的阻抗-频率特性

磁珠A和磁珠B的阻抗峰值都在100MHz和200MHz之间，但磁珠A阻抗频率曲线比较平坦，磁珠B比较陡峭。

将这两个磁珠分别放在如下的20MHz信号线上，看看对信号输出会产生什么样的影响。

图4.2 磁珠特性测量电路

使用示波器分别测量磁珠输出端，得到如下波形图：

图4.3 示波器测量的输出端信号

从输出波形来看，磁珠B的输出波形失真明显要小于磁珠A，原因是磁珠B的阻抗频率波形比较陡峭，其阻抗在200MHz时较高，只对200MHz附近的信号的衰减较大，但对频谱很宽的方波波形影响较小。而磁珠A的阻抗频率特性比较平坦，其对信号频谱衰减也比较宽，因此对方波波形的影响也较大。

因此在具体选用磁珠时，阻抗频率特性平坦型的磁珠A比较适合应用于电源线，频率特性比较陡峭的磁珠B适合应用于信号线。磁珠B在应用于信号线时，可以在尽量保持信号完整性的情况下，尽可能只对EMI频率附近的噪声产生最大的衰减。

五、典型应用

磁珠被广泛应用于印制电路板、电源线、数据线、高频开关电源、录像机、电子测量仪器、以及各种对噪声要求非常严格的电路中。如在印制板的电源线入口端加上磁珠，就可以滤除高频干扰。磁珠或磁环专用于抑制信号线、电源线上的高频干扰和尖峰干扰，它也具有吸收静电放电脉冲干扰的能力。磁珠有很高的电阻率和磁导率。

在信号电路中的应用：图5.1、图5.2、图5.3 分别表示出了磁珠在直流供电回路、数字电话、抑制 EMI 噪声滤波器中的应用实例。

图5.1 磁珠在直流供电回路的应用

图5.2 磁珠在数字电话中的应用

图5.3 磁珠在EMI噪声滤波器中的应用

图5.4所示，利用磁珠的电感特性构成的高频 LC 滤波器电路，该电路可有效的吸收由高频振荡器产生的振荡信号而不致窜入负载， 并且不降低负载上的直流电压。

图5.4 磁珠在高频LC滤波器中的应用

图5.5 磁珠在逻辑门电路中的应用

如图5.5所示， 利用磁珠的电阻特性来消除两只快速逻辑门之间由于长线传输而引起的振铃现象。任何传输线都不可避免的存在着引线电阻、引线电感和杂散电容，因此，一个标准的脉冲信号在经过较长传输线后，极易产生上冲及振铃现象。大量的实验证明，引线电阻可使脉冲的平均振幅减小，而引线电感和杂散电容的存在，则是产生上冲和振铃的根本原因。在脉冲前沿上升时间相同的条件下，引线电感越大，上冲及振铃现象就越严重，杂散电容越大，则使波形的上升时间越长，而引线电阻的增加，将使脉冲的振幅减小。在实际电路中，可以利用串联电阻的方法来减小和抑制上冲及振铃。

图5.6和图5.7演示了磁珠在VGA接口和LCD接口中的应用。

图5.6 磁珠在VGA接口中的应用

图5.7 磁珠在LCD接口中的应用