EMC磁珠究竟是什么特性?(1)
方才偶尔看了本刊的两篇有关磁珠的专家博文,这两篇博文都是讲磁珠的。其间一篇是讲磁珠与电感的差异,另一篇讲磁珠其实便是一电阻特性,其实这样的说法都是不精确的。
磁珠(Ferrite bead)的等效电路是一个DCR电阻串联一个电感并联一个电容和一个电阻。DCR是一个稳定值,但后边三个元件都是频率的函数,也便是说它们的感抗,容抗和阻抗会跟着频率的改变而改变,当然它们阻值,感值和容值都非常小。
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从等效电路中可以看到,当频率低于fL(LC谐振频率)时,磁珠呈现电感特性;当频率等于fL时,磁珠是一个纯电阻,此刻磁珠的阻抗(impedance)最大;当频率高于谐振频率点fL时,磁珠则呈现电容特性。
EMI选用磁珠的准则便是磁珠的阻抗在EMI噪声频率处最大。比方假设EMI噪声的最大值在200MHz,那你挑选的时分就要看磁珠的特性曲线,其阻抗的最大值应该在200MHz左右。
下图是一个磁珠的实践的特性曲线图。咱们可以看到这个磁珠的峰值点呈现在1GHz左右。在峰点时,阻抗(Z)曲线的值与电阻(R)的持平。也便是说这个磁珠在1GHz时,是个纯电阻,并且阻抗值最大。
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Z: impedance R: R( f) X1: L\\C
EMC磁珠究竟是什么特性?(2)
前面简略介绍了EMI磁珠的根本特性曲线。从磁珠的阻抗曲线来看,其实它的特性便是可以用来做高频信号滤波器。
需求留意的是,一般咱们看到的厂家供给的磁珠阻抗曲线,都是在无偏置电流状况下测验得到的曲线。
但大部分磁珠一般被放在电源线上用来滤除电源的EMI噪声。而在有偏置电流的状况下,磁珠的特性会发生一些改变。下面是某个0805尺度 额定电流500mA的磁珠在不同的偏置电流下的阻抗曲线。咱们可以看到,跟着电流的添加,磁珠的峰值阻抗会变小,一起阻抗峰值点的频率也会变高。
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在进一步论述磁珠的特性之前,让咱们先来看一下磁珠的首要特性目标的界说:
Z (阻抗,impedance ohm) :磁珠等下电路中所有元件的阻抗之和,它是频率的函数。一般咱们都用磁珠在100MHz时的阻抗值作为磁珠阻抗值。
DCR (ohm): 磁珠导体的的直流电阻。
额定电流:当磁珠装置于印刷线路板并参加稳定电流,本身温升由室温上升40C时的电流值。
那么EMI磁珠有不计其数种,阻抗曲线也各不相同,咱们应该如依据咱们的实践使用挑选适宜的磁珠呢?
EMC磁珠究竟是什么特性?(3)
让咱们首要来看一下阻抗值同为600ohm@100MHz但尺度巨细不同的磁珠在不同偏置电流电流和作业频率下的特性。
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上面是四个不同巨细的磁珠别离作业在0A,100mA偏置电流及在100MHz,500MHz和1GHz作业频率下的阻抗值。
从上表的测验数据中可以看出,1206尺度的磁珠在低频100MHz作业时,其阻抗值仅从0A下的600ohm减小到100mA偏置电流下的550ohm,而0402尺度的磁珠阻抗值却从0A下的600ohm大幅减小为175ohm。
由此看来,在低频大偏置电流使用的状况下,应该挑选大尺度的磁珠,其阻抗特性会更好一些。
让咱们来看一下磁珠在高频作业时的景象。
1206尺度的磁珠其1GHz下的阻抗从100MHz下的600ohm大幅减小为105ohm,而0402尺度的磁珠其1GHz下的阻抗则只由100MHz下的600ohm小幅减小为399ohm。
这也便是说,在低频大偏置电流的状况下,咱们应该挑选较大尺度的磁珠,而在高频使用中,咱们应该尽量挑选小尺度的磁珠。
至于为什么巨细磁珠会表现为如此特性,期望看了前面磁珠特性的读者会自己找到答案。
EMC磁珠究竟是什么特性?(4)
让咱们再来看一下下面两个不同曲线特征的磁珠A和磁珠B使用于信号线时的状况。
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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整,磁珠B则比较峻峭。
咱们将两个磁珠别离放在如下的20MHz的信号线上,看看对信号输出会发生什么样的影响。
波形测验点
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下面是用示波器别离量测磁珠输出端的波形图
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从输出波形来看,磁珠B的输出波形失真要显着小于磁珠A。
原因是磁珠B的阻抗频率波形比较峻峭,其阻抗在200MHz时较高,只对200MHz邻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整,其对信号的衰减频谱也比较宽,因而对方波的波形影响也较大。
下面是上述三种状况对应的EMI测验成果。成果是磁珠A和磁珠B都会对EMI噪声发生很大的衰减。磁珠A在整个EMI频谱规模内的衰减要稍好于磁珠B。
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因而,在详细选用磁珠时,阻抗频率特性平整型的磁珠A比较适宜使用于电源线,而频率特性比较峻峭的磁珠B则较适宜使用于信号线。磁珠B在使用于信号线时,可以在尽量坚持信号完整性的状况下,尽或许只对EMI频率邻近的噪声发生最大的衰减。
EMC磁珠究竟是什么特性?(5)
EMC磁珠使用于电子线路中按捺EMI,首要有两种使用: 1.最常见用于电源线。2.用于信号线像音频,视频线等。那应该怎么依据实践使用从千万种不同特性的EMC磁珠中挑选适宜的磁珠用于自己的体系规划呢?
向前面所述,假设要选用磁珠用于电源线,应该做怎么挑选呢?
首 先,要知道开关电源的作业频率。一般大多数开关电源作业于几百KHz,少量的可以作业到几MHz. 这个频率根本上是在传导辐射的频率规模。关于起始于30MHz辐射频率来讲,归于低频的规模。一般来讲,电源发生的辐射EMI噪声,一般在小于 100MHz-300MHz规模. 因而,挑选磁珠用选用峰值频率小于300MHz低频型的磁珠。
其次,便是要知道电源的作业电流。关于哪些放置于开关或非直流信号的磁珠,一般要讲沟通信号转化有用值,以此来挑选磁珠的额定电流。
关于用于电源线磁珠尺度,像咱们前面讲到的,在满意排版空间规划要求状况下,要尽量选用大尺度的磁珠。
用于电源线的磁珠,DCR是非常要害的参数,特别是关于电池供电的便携式设备,像手机,平板电脑等。应尽量选用DCR小的磁珠用于电源线,以进步电源功率。
当然,从按捺EMI的视点来讲,磁珠的峰值阻抗越高越好。但一般,磁珠的阻抗与DCR成反比联系。需哟依据实践的使用状况,在DCR和阻抗间做一折中挑选。
最终,就像前面所讲的,磁珠的阻抗曲线要尽量平整,以最大极限的滤除电源的高次谐波噪声。
EMC磁珠究竟是什么特性?(6)
假设磁珠用于信号线,那应该怎么挑选磁珠的品种呢?
首要,咱们应该知道磁珠要用于何种信号线,比方是音频,视频仍是其他。这也便是说应该知道信号的作业频率。准则上,磁珠的阻抗峰值频率应至少高于信号的有用带宽,否则会影响影响信号完整性,然后影响体系的正常作业。即便关于像音频之类的低频信号,由于音频信号一般是由音频解码器解码而来,其EMI噪声一般是音频解码器的几十MHz的时钟频率谐波。因而,即便是低频的音频信号,其EMI噪声一般也会是高达几十乃至几百MHz的高频噪声。
其次,要知道信号电流。关于大多数信号而言,像视频,RS232等,仅仅是信号罢了,并没有太大的电流输出,因而一般不需求考虑磁珠的额定电流。但关于音频信号,一般是有功率输出的,此刻磁珠的挑选就要考虑输出电流。此刻要将音频信号折算成有用值来选取恰当额定电流的磁珠。
峰值阻抗应挑选在或许呈现EMI问题的频率点邻近。
用于高速信号的磁珠要留意阻抗匹配,比方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,一般不需求考虑磁珠DCR,磁珠的尺度要越小越好。
最终便是磁珠的阻抗曲线要尽量峻峭,避免影响信号完整性。
小磁珠,大学识!
希望这几篇拙文可以给广大读者有些协助。