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PCB設(shè)計(jì)的磁珠選用技巧

發(fā)布時間 :2017-06-03 09:03 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCB設(shè)計(jì)部
在PCB設(shè)計(jì)中是使用貼片磁珠還是使用貼片電感主要還在于看應(yīng)用場景。在諧振電路中需要使用貼片電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時,使用貼片磁珠是最佳的選擇。
 
1、磁珠的單位是歐姆,而不是亨特,這一點(diǎn)要特別注意。因?yàn)榇胖榈膯挝皇前凑账谀骋活l率產(chǎn)生的阻抗來標(biāo)稱的,阻抗的單位也是歐姆。磁珠的DATASHEET上一般會提供頻率和阻抗的特性曲線圖,一般以100MHz為標(biāo)準(zhǔn),比如1000R100MHz,意思就是在100MHz頻率的時候磁珠的阻抗相當(dāng)于600歐姆。
 
2、普通濾波器是由無損耗的電抗元件構(gòu)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(dāng)反射濾波器與信號源阻抗不匹配時,就會有一部分能量被反射回信號源,造成干擾電平的增強(qiáng)。為解決這一弊病,可在濾波器的進(jìn)線上使用鐵氧體磁環(huán)或磁珠套,利用磁環(huán)或磁珠對高頻信號的渦流損耗,把高頻成分轉(zhuǎn)化為熱損耗。因此磁環(huán)和磁珠實(shí)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。
 
不同的鐵氧體抑制元件,有不同的最佳抑制頻率范圍。通常磁導(dǎo)率越高,抑制的頻率就越低。此外,鐵氧體的體積越大,抑制效果越好。網(wǎng)上某些大牛研究發(fā)現(xiàn):在體積一定時,長而細(xì)的形狀比短而粗的抑制效果好,內(nèi)徑越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情況下,還存在鐵氧體飽和的問題,抑制元件橫截面越大,越不易飽和,可承受的偏流越大。EMI吸收磁環(huán)/磁珠抑制差模干擾時,通過它的電流值正比于其體積,兩者失調(diào)造成飽和,降低了元件性能;抑制共模干擾時,將電源的兩根線(正負(fù))同時穿過一個磁環(huán),有效信號為差模信號,EMI吸收磁環(huán)/磁珠對其沒有任何影響,而對于共模信號則會表現(xiàn)出較大的電感量。磁環(huán)的使用中還有一個較好的方法是讓穿過的磁環(huán)的導(dǎo)線反復(fù)繞幾下,以增加電感量??梢愿鶕?jù)它對電磁干擾的抑制原理,合理使用它的抑制作用。
 
鐵氧體抑制元件應(yīng)當(dāng)安裝在靠近干擾源的地方。對于輸入/輸出電路,應(yīng)盡量靠近屏蔽殼的進(jìn)、出口處。對鐵氧體磁環(huán)和磁珠構(gòu)成的吸收濾波器,除了應(yīng)選用高磁導(dǎo)率的有耗材料外,還要注意它的應(yīng)用場合。它們在線路中對高頻成分所呈現(xiàn)的電阻大約是十至幾百Ω,因此它在高阻抗電路中的作用并不明顯,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。
 
由于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控制中得到了廣泛地應(yīng)用。用于EMI吸收的磁環(huán)/磁珠可制成各種的形狀,廣泛應(yīng)用于各種場合。如在PCB板上,可加在DC/DC模塊、數(shù)據(jù)線、電源線等處。它吸收所在線路上高頻干擾信號,但卻不會在系統(tǒng)中產(chǎn)生新的零極點(diǎn),不會破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它與電源濾波器配合使用,可很好的補(bǔ)充濾波器高頻端性能的不足,改善系統(tǒng)中濾波特性。
 
磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾,還具有吸收靜電脈沖的能力。
 
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(DDRSDRAM,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(yīng)用頻率范圍很少超過錯50MHZ。
 
磁珠的功能主要是消除存在于傳輸線結(jié)構(gòu)(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干擾沿著線路傳輸和輻射(EMI)。要消除這些不需要的信號能量,使用貼片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,低頻信號也會受到貼片磁珠的影響。
 
貼片磁珠由軟磁鐵氧體材料組成,構(gòu)成高體積電阻率的獨(dú)石結(jié)構(gòu)。渦流損耗同鐵氧體材料的電阻率成反比。渦流損耗隨信號頻率的平方成正比。
使用貼片磁珠的好處:小型化和輕量化在射頻噪聲頻率范圍內(nèi)具有高阻抗,消除傳輸線中的電磁干擾。閉合磁路結(jié)構(gòu),更好地消除信號的串繞。極好的磁屏蔽結(jié)構(gòu)。降低直流電阻,以免對有用信號產(chǎn)生過大的衰減。顯著的高頻特性和阻抗特性(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M(fèi)Hz的頻率范圍內(nèi)。
 
PCB設(shè)計(jì)中要正確的選擇磁珠比較核心的幾點(diǎn)建議:
一、不需要的信號的頻率范圍為多少;
二、噪聲源是誰;
三、是否有空間在PCB板上放置磁珠;
四、需要多大的噪聲衰減;
五、環(huán)境條件是什么(溫度,直流電壓,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度);
六、電路和負(fù)載阻抗是多少;
 
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??傋杩雇ㄟ^ZR22πfL()2+:=fL來描述。通過這一曲線,選擇在希望衰減噪聲的頻率范圍內(nèi)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。貼片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。也可以到深圳電子展上去挑選。使用貼片磁珠和貼片電感的原因:是使用貼片磁珠還是貼片電感主要還在于應(yīng)用。在諧振電路中需要使用貼片電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時,使用貼片磁珠是最佳的選擇。
 
貼片磁珠和貼片電感的應(yīng)用場合:
貼片電感:射頻(RF)和無線通訊,信息技術(shù)設(shè)備,雷達(dá)檢波器,汽車,蜂窩電話,尋呼機(jī),音頻設(shè)備,PDAs(個人數(shù)字助理),無線遙控系統(tǒng)以及低壓供電模塊等。
 
貼片磁珠:時鐘發(fā)生電路,模擬電路和數(shù)字電路之間的濾波,I/O輸入/輸出內(nèi)部連接器(比如串口,并口,鍵盤,鼠標(biāo),長途電信,本地局域網(wǎng)),射頻(RF)電路和易受干擾的邏輯設(shè)備之間,供電電路中濾除高頻傳導(dǎo)干擾,計(jì)算機(jī),錄像機(jī)(VCRS),電視系統(tǒng)和手提電話中的EMI噪聲抑止。


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