元件基础知识——磁珠
元件基础知识--磁珠
一、片式铁氧体磁珠结构
二、磁珠特性
1、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,这种电感容易造成谐振,因此在低频段使用磁珠后干扰现象增强。
3、高频时,阻抗主要有电阻成分构成,随着频率升高,感抗减小,磁芯损耗增加,电阻成分增加。当高频信号通过磁珠时,电磁干扰被吸收转换成热能消散。
4、等效电路是一个DCR电阻串联电感、电容、电阻串联组成。DCR是一个恒定值,后三个元件随频率变化而变化。当频率低于 FL(LC谐振频率)时,磁珠呈现电感特性,频率高于 FL 时,磁珠呈现电容特性。
对于串联了磁珠的电路,磁珠的转折点频率越低,电路振荡和波形失真越小,反之则越大。
三、 选用原则
磁珠选择主要指标:
- 转折点频率
- 额定电流,工作电流不能大于额定电流
- 直流电阻,当电源电路电路较大时,好需要考虑磁珠产生的压降
- 谐振频率,工作频率高于谐振频率时,磁珠表现电容性,阻抗迅速降低。电源电路中选择谐振频率高的磁珠。磁珠的转换点频率和谐振频率意义不同
- 不需要的信号的频率范围为多少;
- 噪声源是谁;
- 需要多大的噪声衰减;
- 环境条件是什么(温度,直流电压,结构强度)电路和负载阻抗是多少;
- PCB 板上空间大小适合放置的磁珠尺寸;
- 确定信号工作频率。磁珠阻抗峰值频率至少要高于信号有效带宽,否则会影响信号完整性,从而影响整个系统正常工作。
- 确定信号电流。对于音频信号,通常有功率输出,此时磁珠选择要考虑输出电流。将音频信号折算成有效值选取合适额定电流。
- 峰值阻抗应选择可能出现EMI问题的频率附件。用于高速信号的磁珠要注意阻抗匹配,用于信号线的磁珠,通常不需要考虑磁珠DCR,磁珠尺寸越小越好。
- 磁珠的阻抗曲线要尽量陡峭,以免影响信号完整性。
- 则对于100MHz的信号,300mV的噪声需要滤波后衰减到50mV,意即在磁珠上分压要达到250mV,假设负载RL=50Ω。则Rac/RL=250/50,其中RL=50Ω,得Rac=250Ω(在100MHz时)。
- 电源额定电流300mA,降额系数按照0.75,则选择最小额定电流不低于300mA/0.75=400mA的磁珠;
- IC要求电源电压最低不得低于3.0V,则磁珠上直流电阻Rdc上的最大压降须不大于0.3V,即300mA*Rdc<0.3V,得Rdc<1Ω。
- 综上计算,得出为满足题目要求的条件,需选择磁珠指标符合以下要求:Rac≥250Ω(在100MHz时)、额定电流不低于400mA、Rdc<1Ω。
- 磁珠尺寸越大越好,阻抗频率特性平缓。
1、数字电源与模拟电源隔离(数字地与模拟地不需要磁珠隔离)
在地之间的使用时一定要小心,特别是会有大能量干扰信号流过磁珠的应用场合。磁珠在干扰电流通过时呈现电阻特性,这个时候在磁珠的两边会有一个很大的△V,具体反映到模拟部分,A/D测量就会出现一个大的波动。
2、利用磁珠的电感特性构成的高频 LC 滤波器电路
3、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
4、VGA接口
5、LCD接口
6、高频信号与电源隔离
为了防止该部分的高频辐射与系统电源相互串扰,分别加了一个磁珠。在一些高速电路,同时又需要大电流的供电部分,加上磁珠后在极端情况有可能会出现不太好的效果,此时需要综合考虑工作环境温度磁珠是否满足磁珠通流能力和PCB 通流能力。
7、时钟电路
如下图所示,U42、U44、U46、U48 这几个为有源晶振。为防止晶振产生的高频震荡窜入到 3.3V,于是在晶振的电源脚加了一个磁珠(L3,L4,L5,L6)与系统的3.3V 隔离。
五、抗干扰磁环
电脑机箱内的主板、CPU、电源、及IDE数据线都工作于很高的频率状态下,所以导致机箱里存在着大量的空间杂散电磁干扰信号,而信号强度也是机箱外的数倍至数十倍!没有磁环的USB线在这个空间内没有采取屏蔽措施,那么这些USB线就成了很好的天线,接收周围环境中各种杂乱的高频信号,而这些信号叠加在本来传输的信号上,甚至会改变原来传输的有用信号,容易出现问题。
为了提高传输速率及稳定性,也为了减小传输线在传送数据时对其他设备,如声卡的干扰,设计了静电屏蔽层。这个屏蔽层是由一个较薄的金属箔片或者是多股细铜丝编织成网状做成,应用的是静电场的表面效应原理。也就是将数据传送线的外表面包上一层金属膜,并将这个屏蔽层与机箱进行接地,就可以很好地将数据线与空间干扰信号隔离。
六、电感和磁珠区别
磁珠、磁环的功能主要是消除存在于传输线结构(电路) 中的噪声。磁珠的作用也是滤波,但与电容和电感不同的是,磁珠在一定频带内能反射噪声,在定频带内还 能吸收噪声并转换为热能。
磁珠是一种阻抗随频率变化的电阻器,低频下,阻抗较低;随着频率增加,阻抗逐渐增大并逐渐显示出电阻功能;铁氧体磁珠的工作原理是通过阻抗吸收并发热的形式将不需要频段的能量耗散掉,从而滤除噪声。
(1)电感滤波是将电能转化为磁能,磁能可能重新转化为电能形成噪音,或者向外辐射,表现为EMI(电磁干扰),磁珠将电能转化为热能,不会对电路进行二次干扰。
(2)电感低频段滤波效果好,但50MHz以上频段滤波性能差,磁珠利用电阻成分吸收高频噪声。
(3)EMC(电磁兼容),磁珠有很好的抗辐射功能,是常用EMI器件,常用于接口滤波、高速时钟元件的电源滤波。
(4)电感和电容都是储能元件,两者配合可能产生自激,磁珠为消耗元件,与电容配合不会产生自激。
(5)电感常用于大电流电源电路上,磁珠常用于芯片电压滤波
(6)磁珠直流电阻相比于同滤波性能的电感要更小一些,因此,电源滤波中,磁珠上压降更小
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