磁珠在PCB電路設計中的作用及應用注意事項
發布時間:2013-03-08 責任編輯:hedyxing
【導讀】在PCB電(dian)路(lu)設(she)計(ji)中(zhong),幹(gan)擾(rao)是(shi)工(gong)程(cheng)師(shi)必(bi)須(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)的(de)問(wen)題(ti),磁(ci)珠(zhu)一(yi)般(ban)都(dou)會(hui)被(bei)用(yong)到(dao)設(she)計(ji)中(zhong)起(qi)抗(kang)幹(gan)擾(rao)的(de)作(zuo)用(yong)。磁(ci)珠(zhu)應(ying)該(gai)放(fang)置(zhi)在(zai)什(shen)麼(me)位(wei)置(zhi)效(xiao)果(guo)會(hui)更(geng)好(hao)呢(ne)?除(chu)了(le)抗(kang)幹(gan)擾(rao)還(hai)有(you)其(qi)他(ta)的(de)作(zuo)用(yong)嗎(ma)?本(ben)文(wen)將(jiang)來(lai)解(jie)答(da)。
cizhudedanweishioumu,erbushihengte,zheyidianyaotebiezhuyi。yinweicizhudedanweishianzhaotazaimouyipinlvchanshengdezukanglaibiaochengde,zukangdedanweiyeshioumu。cizhude 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。
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yuan阻zu抗kang不bu匹pi配pei時shi,就jiu會hui有you一yi部bu分fen能neng量liang被bei反fan射she回hui信xin號hao源yuan,造zao成cheng幹gan擾rao電dian平ping的de增zeng強qiang。為wei解jie決jue這zhe一yi弊bi病bing,可ke在zai濾lv波bo器qi的de進jin線xian上shang使shi用yong鐵tie氧yang體ti磁ci環huan或huo磁ci珠zhu套tao,利li用yong滋zi環huan或huo磁ci珠zhu對dui高gao 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(bu)同(tong)的(de)鐵(tie)氧(yang)體(ti)抑(yi)製(zhi)元(yuan)件(jian),有(you)不(bu)同(tong)的(de)最(zui)佳(jia)抑(yi)製(zhi)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)。通(tong)常(chang)磁(ci)導(dao)率(lv)越(yue)高(gao),抑(yi)製(zhi)的(de)頻(pin)率(lv)就(jiu)越(yue)低(di)。此(ci)外(wai),鐵(tie)氧(yang)體(ti)的(de)體(ti)積(ji)越(yue)大(da),抑(yi)製(zhi)效(xiao)果(guo)越(yue)好(hao)。在(zai)體(ti)積(ji)一(yi)定(ding) 時(shi),長(chang)而(er)細(xi)的(de)形(xing)狀(zhuang)比(bi)短(duan)而(er)粗(cu)的(de)抑(yi)製(zhi)效(xiao)果(guo)好(hao),內(nei)徑(jing)越(yue)小(xiao)抑(yi)製(zhi)效(xiao)果(guo)也(ye)越(yue)好(hao)。但(dan)在(zai)有(you)直(zhi)流(liu)或(huo)交(jiao)流(liu)偏(pian)流(liu)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia),還(hai)存(cun)在(zai)鐵(tie)氧(yang)體(ti)飽(bao)和(he)的(de)問(wen)題(ti),抑(yi)製(zhi)元(yuan)件(jian)橫(heng)截(jie)麵(mian)越(yue)大(da),越(yue)不(bu)易(yi)飽(bao) 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(ci)珠(zhu)對(dui)其(qi)沒(mei)有(you)任(ren)何(he)影(ying)響(xiang),而(er)對(dui)於(yu)共(gong)模(mo)信(xin)號(hao)則(ze)會(hui)表(biao)現(xian)出(chu)較(jiao)大(da)的(de)電(dian)感(gan)量(liang)。磁(ci)環(huan)的(de)使(shi)用(yong)中(zhong)還(hai)有(you)一(yi)個(ge)較(jiao)好(hao)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)讓(rang)穿(chuan)過(guo)的(de)磁(ci)環(huan)的(de)導(dao)線(xian)反(fan)複(fu)繞(rao)幾(ji)下(xia),以(yi)增(zeng)加(jia)電(dian)感(gan)量(liang)。可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)它(ta)對(dui)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)抑(yi)製(zhi)原(yuan)理(li),合(he)理(li)使(shi)用(yong)它(ta)的(de)抑(yi)製(zhi)作(zuo)用(yong)。
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chu口kou處chu。對dui鐵tie氧yang體ti磁ci環huan和he磁ci珠zhu構gou成cheng的de吸xi收shou濾lv波bo器qi,除chu了le應ying選xuan用yong高gao磁ci導dao率lv的de有you耗hao材cai料liao外wai,還hai要yao注zhu意yi它ta的de應ying用yong場chang合he。它ta們men在zai線xian路lu中zhong對dui高gao頻pin成cheng分fen所suo呈cheng現xian的de電dian阻zu大da約yue是shi十shi至zhi幾ji百baiΩ,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,使用片式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,低頻信號也會受到片式磁珠的影響。
片pian式shi磁ci珠zhu由you軟ruan磁ci鐵tie氧yang體ti材cai料liao組zu成cheng,構gou成cheng高gao體ti積ji電dian阻zu率lv的de獨du石shi結jie構gou。渦wo流liu損sun耗hao同tong鐵tie氧yang體ti材cai料liao的de電dian阻zu率lv成cheng反fan比bi。渦wo流liu損sun耗hao隨sui信xin號hao頻pin率lv的de平ping方fang成cheng正zheng比bi。使shi用yong片pian式shi磁ci珠zhu的de好hao處chu: 小(xiao)型(xing)化(hua)和(he)輕(qing)量(liang)化(hua)在(zai)射(she)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)具(ju)有(you)高(gao)阻(zu)抗(kang),消(xiao)除(chu)傳(chuan)輸(shu)線(xian)中(zhong)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)。閉(bi)合(he)磁(ci)路(lu)結(jie)構(gou),更(geng)好(hao)地(di)消(xiao)除(chu)信(xin)號(hao)的(de)串(chuan)繞(rao)。極(ji)好(hao)的(de)磁(ci)屏(ping)蔽(bi)結(jie)構(gou)。降(jiang)低(di)直(zhi)流(liu)電(dian)阻(zu),以(yi)免(mian)對(dui)有(you)用(yong)信(xin)號(hao)產(chan)生(sheng)過(guo)大(da)的(de)衰(shuai)減(jian)。顯(xian)著(zhu)的(de)高(gao)頻(pin)特(te)性(xing)和(he)阻(zu)抗(kang)特(te)性(xing)(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,必須注意以下幾點:
1、不需要的信號的頻率範圍為多少;
2、噪聲源是誰;
3、需要多大的噪聲衰減;
4、環境條件是什麼(溫度,直流電壓,結構強度);
5、電路和負載阻抗是多少;
6、是否有空間在PCB板上放置磁珠;
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。 片式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。 使用片式磁珠和片式電感的原因: 是使用片式磁珠還是片式電感主 要還在於應用。在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時,使用片式磁珠是最佳的選擇。
片式磁珠和片式電感的應用場合
片式電感: 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。
片式磁珠: 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,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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