duole多乐游戏:硬件学习之器件篇-磁珠

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  磁珠（Ferrite Bead，简写FB）是一种电子被动元器件（passive component：在电路中有信号通过，就能完成规定功能，不需要外加激励电源。），是由铁氧体等磁性材料制造成，具有高电阻率ρ（Resistivity：物质电阻特性，单位Ω·m)和磁导率μ（magnetic permeability：μ=B/H，其中H=磁场强度，B=磁感应强度，单位是H/m），Ferrite Bead单位是欧姆。

  其在高频时阻抗很大，可抑制高频噪声和尖峰干扰，被大范围的使用在信号线和电源线上，用来解决辐射和干扰问题。

  磁珠额定电流：在正常工作条件下，磁珠能够持续安全通过的最大电流（与电感一样，也叫温升电流，一般指自我温升不超过20°C~40℃的电流，不同厂家标的温升温度不一样）。在选择磁珠时，应确保电路的最大电流低于磁珠的额定电流，以避免磁珠过热或磁饱和，通常考虑余量设计，最好预留多三分之一，多多益善（在电源上使用磁珠时，要考虑直流偏置特性，即余量要留得更多，如预留多三分之二）。

  如果考虑线路上的通流量不够，不建议采用两个磁珠并联，由于磁珠模型的感抗和容抗的不同，使得电流不会平均从两个磁珠通过，即可选择更高规格的磁珠。

  在信号线上使用磁珠，就不用考虑额定电流，而在电源上使用就需要仔细考虑额定电流。

  直流导通电阻DCR：指DC电流通过磁珠时，磁珠呈现的电阻值。用在电源上的磁珠，DCR是很关键的参数。例如，在核电压1V上使用了0.2R的磁珠，而该核电压峰值电流达到3A，那么磁珠的压降0.2x3=0.6V，电压值只有原来的十分之六了，肯定会导致电压异常，比如死机、重启、不开机之类。

  一般磁珠的阻抗越大，其直流导通电阻DCR也大，则会导致过流能力小，即额定电流小。

  标称阻抗Z是指磁珠在100MHz下的阻抗值，包含实部和虚部，即Z=R+jX。一般磁珠规格书上的标称阻抗Z是在零直流偏置的条件下测试的。

  另外，磁珠规格书的标称阻抗值是在温度85度下的测试值。随着温度的继续升高，磁珠阻抗值会降低，要进一步考虑降额设计。

  例如，根据谐振频率计算f=1/（2Π*Sqrt(LC))，如果在电源线路上的磁珠后面放置的是nF级电容，很容易产生谐振，如跟电源开关频率或干扰频率接近，那么导致噪声就会变大。如果把电容加大到uF级别，其谐振频率降得很低。即，磁珠后面最好放置一颗uF级电容（在电源线路上），而信号线上没有放置大电容时，要注意磁珠参数导致的谐振。

  在磁珠呈阻性时，电阻R大于感抗X，在电磁干扰EMI使用时，滤除的辐射或干扰频率要在阻性区内，其可有效地吸收并转换成热能的形式耗散掉，即使得磁珠是吸收噪声而不是反射噪声。阻性区域出现在磁珠交越频率 (X = R) 之后，直至磁珠变为容性（容性电抗-X 绝对值等于 R 的频率处）的那一点为止。

  电阻器是耗能元件，是阻抗的实数部分（电阻）；电容器和电感器是储能元件，是阻抗的虚数部分（电抗），即磁珠标称阻抗Z=R+jX。

  在电路设计中，电感主要有三大类应用：功率电感：用于DCDC上的电压转换，通过积累并释放能量来保持连续的电流。

  去耦电感：通常是共模电感或差模电感，用于滤除电源线或信号线上的噪声。高频电感：用于射频电路，实现偏置、匹配、滤波等电路。

  磁珠是将电能转换为热能（磁珠呈阻性频带内），不会对电路构成二次干扰，主要用在EMI及电源高频滤波上，像一些RF电路，PLL，震荡电路，含超高频存储器电路。

  在磁珠厂家的官网上都有不同的分类和选型目录，例如：1、顺络：叠层磁珠一般用（低速信号线用，高速信号线用，电源线用，高频噪声抑制用，音频磁珠）；绕线磁珠（高频噪声抑制用）；叠层磁珠车载用（低速信号线用，高速信号线、麦捷微：通用磁珠和大电流磁珠；

  4、TDK：一般等级信号线°，低直流电阻，高频噪声抑制，超高频噪声抑制）；

  从电路使用上看有信号线用和电源线用之分，再着有普通、高频、超高频、低直流电阻之分。

  所谓普通磁珠和高频磁珠，可参考如下阻抗-频率曲线MHz的阻抗值会比较高。

  2、要考虑线路上的峰值电流和磁珠的DCR值，过大的峰值电流和磁珠DCR，会导致磁珠上的压降过大，导致电压跌落。3、尽量选在电源上使用的磁珠，其电流大、阻抗-频率曲线、电源线上使用磁珠，要增加去耦电容。（磁珠的感性区会抑制线：某产品某IC上的电源3.3V使用磁珠隔离，额定电流200mA，某IC的最低电源不低于3.0V。

  3、根据实际的需求，选阻抗大的，曲线A的磁珠，符合正常要求。但是，在上电瞬间流过该磁珠的电流有3A，那就也许会出现过热或磁饱和，在磁珠上产生很大压降，导致后面电路异常，甚至磁珠烧毁。

  1、在电源线路上使用，要考虑DCR的值，避免压降过大，也要考虑线路峰值电流是否会超过磁珠的额定电流。

  2、考虑直流偏置引起的磁珠阻抗降低，尽量选用电源型的磁珠（随着偏置电流的增大，磁性材料会出现饱和的特性，导致L降低，因此导致工作区域的偏移，会影响到干扰噪声的抑制效果）

  例子3：在辐射摸底测试时，网口PHY的25MHz时钟倍频出现辐射超标，频率是125MHz，250MHz等。在25MHz信号线MHz不要处于磁珠的感性区和容性区）2、25MHz是有用信号，磁珠的低频阻抗尽量低。

  3、要实测有用信号经过磁珠的信号幅度及波形，磁珠上的感性和寄生电容会发生谐振的，导致幅度或波形异常。（过冲或幅度偏低）

  4、配合对地电容，测试效果比较好。磁珠和电容容值要计算适合，最重要实际测试波形。

  例子1：简单地说，就是有个数字模块的地与主系统的地通过磁珠连接。在测试ESD时，设备就复位重启。拆掉磁珠，直接短接，测试ESD pass。

  静电重在疏而不是堵。例子２：某款蓝牙音箱，对外露的USB端口进行接触放电，音箱断电断电没有办法进行工作。因为USB的金属外壳是与系统地直接连接的，把系统地完整性弄好和电源加TVS管，有改善但没解决。因此，直接在USB金属壳与系统地直接串了磁珠，静电测试通过。

  这个案子是直接采用堵的方法。由于板子的layout和结构不一样，采用疏或堵要具体考虑。

  例子３：某工业产品的售后机器上，经分析串在电源输入上的磁珠烧毁。产品的电电源是24V 0.3A，选的磁珠是1A的，单从规格降额上看没问题。在现场测试电源端口的信号，有幅值很高的连续脉冲干扰。

  该磁珠长时间处于高幅值干扰下，会发热，散热不好的话，磁珠会不断升温，导致烧毁。

  该磁珠主要用来滤除高频干扰，解决办法是把磁珠改为共模电感（电源和地接法）。

  例子4：某控制管理系统产品在现场测试遇到干扰死机。采用模拟干扰信号的方法来分析，用电压脉冲模拟干扰信号，直接加在温度探头上，会一定概率导致死机，把温度采集模块的模拟地与数字地之间的磁珠换成0R电阻，不会出现死机现象。

  由于磁珠的感性，加上脉冲时相当于储能，撤掉脉冲时，会产生反向电动势，导致数字地太高，因此使得系统死机。

  有个帖子：进入同一个单片机的不同地线之间不得有磁珠或电感。原因很简单，高幅度的高频噪声可造成地平面间有较高幅值的高频交流电，单片机内部压差很可能超过极限，在高可靠性产品（军用以及航空）中是很危险的。

  2、过流会直接引发磁珠烧毁开路。3、磁珠一致性不好，参数达不到规格要求，导致过流或过热后烧毁。