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EMI重要元器件磁珠它是若何影响电源的完整性你用对了吗?_阻抗_电容

南宫静远 2024-12-21 04:43:35 0

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磁珠的紧张质料为铁氧体。
铁氧体是一种立方晶格构造的亚铁磁性材料,铁氧体材料为铁镁合金或铁镍合金,它的制造工艺和机器性能与陶瓷相似,颜色为灰玄色。

二、磁珠根本知识

磁珠(Ferritebead)有很高的电阻率和磁导率,其等效电路是一个DCR电阻串联一个电感并联一个电容和一个电阻。
DCR是一个恒定值,但后面三个元件都是频率的函数,也便是说它们的感抗,容抗和阻抗会随着频率的变革而变革,当然它们阻值,感值和容值都非常小。
磁珠比普通的电感有更好的高频滤波特性,在高频时呈现阻性,以是能在相称宽的频率范围内保持较高的阻抗,从而提高调频滤波效果。
磁珠的电路符号便是电感,但是型号上可以看出利用的是磁珠。
在电路功能上,磁珠和电感是事理相同的,只是频率特性不同而已。

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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;当频率即是fL时,磁珠是一个纯电阻,此时磁珠的阻抗(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选用磁珠的原则便是磁珠的阻抗在EMI噪声频率处最大。
比如如果EMI噪声的最大值在200MHz,那你选择的时候就要看磁珠的特性曲线,其阻抗的最大值该当在200MHz旁边。

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(图片来自网络侵删)

下图是一个磁珠的实际的特性曲线图。
大家可以看到这个磁珠的峰值点涌如今1GHz旁边,在峰点时,阻抗(Z)曲线的值与电阻(R)的相等。
也便是说这个磁珠在1GHz时,是个纯电阻,而且阻抗值最大。

Z:impedanceR:R(f)X1:L\\C前面大略先容了EMI磁珠的基本特性曲线。
从磁珠的阻抗曲线来看,实在它的特性便是可以用来做高频旗子暗记滤波器。
须要把稳的是,常日大家看到的厂家供应的磁珠阻抗曲线,都是在无偏置电流情形下测试得到的曲线。
但大部分磁珠常日被放在电源线线上用来滤除电源的EMI噪声。
在有偏置电流的情形下,磁珠的特性会发生一些变革。

下面是某个0805尺寸500mA的磁珠在不同的偏置电流下的阻抗曲线。
大家可以看到,随着电流的增加,磁珠的峰值阻抗会变小,同时阻抗峰值点的频率也会变高。

在进一步阐述磁珠的特性之前,让我们先来看一下磁珠的紧张特性指标的定义:Z(阻抗,impedanceohm):磁珠等下电路中所有元件的阻抗之和,它是频率的函数。
常日大家都用磁珠在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:当磁珠安装于印刷线路板并加入恒定电流,自身温升由室温上升40C时的电流值。
那么EMI磁珠的磁珠有成千上万种,阻抗曲线也各不相同,我们该当如何根据我们的实际运用选择得当的磁珠呢?让我们首先来看一下阻抗值同为600ohm@100MHz,但尺寸大小不同的磁珠在不同偏置电流电流和事情频率下的特性。

上面是四个不同大小的磁珠分别事情在0A,100mA偏置电流及在100MHz,500MHz和1GHz事情频率下的阻抗值。

从上表的测试数据中可以看出,1206尺寸的磁珠在低频100MHz事情时,其阻抗值仅从0A下的600ohm减小到100mA偏置电流下的550ohm,而0402尺寸的磁珠阻抗值却从0A下的600ohm大幅减小为175ohm。

由此看来,在低比年夜偏置电流运用的情形下,该当选择大尺寸的磁珠,其阻抗特性会更好一些。
让我们来看一下磁珠在高频事情时的环境。
1206尺寸的磁珠其1GHz下的阻抗从100MHz下的600ohm大幅减小为105ohm,而0402尺寸的磁珠其1GHz下的阻抗则只由100MHz下的600ohm小幅减小为399ohm。

这也便是说,在低比年夜偏置电流的情形下,我们该当选择较大尺寸的磁珠,而在高频运用中,我们该当只管即便选择小尺寸的磁珠。

三、运用于旗子暗记线上的磁珠

让我们再来看一下下面两个不同曲线特色的磁珠A和磁珠B运用于旗子暗记线时的情形。

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坦,磁珠B则比较陡峭。
我们将两个磁珠分别放在如下的20MHz的旗子暗记线上,看看对旗子暗记输出会产生什么样的影响。

下面是用示波器分别量测磁珠输出真个波形图

从输出波形来看,磁珠B的输出波形失落真要明显小于磁珠A。
缘故原由是磁珠B的阻抗频率波形比较陡峭,其阻抗在200MHz时较高,只对200MHz附近的旗子暗记的衰减较大,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坦,其对旗子暗记的衰减频谱也比较宽,因此对方波的波形影响也较大。

下面是上述三种情形对应的EMI测试结果。
结果是磁珠A和磁珠B都会对EMI噪声产生很大的衰减。
磁珠A在全体EMI频谱范围内的衰减要稍好于磁珠B。

因此,在详细选用磁珠时,阻抗频率特性平坦型的磁珠A比较适宜运用于电源线,而频率特性比较陡峭的磁珠B则较适宜运用于旗子暗记线。
磁珠B在运用于旗子暗记线时,可以在只管即便保持旗子暗记完全性的情形下,尽可能只对EMI频率附近的噪声产生最大的衰减。

四、磁珠与电容回路

在一些器件的数据手册或者运用文档中,一样平常会建议对一些哀求较高的电源管脚(比如VCCA,VCCPLL之类的)做隔离处理,并推举利用磁珠进行隔离。

一样平常建议将电容放在更加靠近器件电源管脚的地方(相对付磁珠的位置),如下图所示。
至于电容的容值,和该电源管脚的功率(电压&电流),电容间隔管脚的位置,电容的封装大小等成分有关系。

对付电容的Layout也有一些讲究,安装电容时,要从焊盘拉出一下段引线通过过孔和电源平面连接,接地段也一样。
则电容的电流回路是:电源平面→过孔→引出线→焊盘→电容→焊盘→引出线→过孔→低平面。
如下图所示:

放置过孔的基本原则便是让这一环路面积最小,减小寄生电感。
下图显示几种安装方法:

※第一种方法从焊盘引出很长的线然后连接到过孔,这会引入很大的寄生电感,一定要避免这样做。

※第二种方法在焊盘二端打过孔,比第一种方法路面积小的多,寄生电感也较小,可以接管。

※第三种方法在焊盘侧面打孔,进一步减小了环路面积,寄生电感比第一个更小,是比较好的方法。

※第四种方法焊盘二侧面打孔,和第三种方法比较,电容的每端都是通过并联的过孔接入电源和地平面,比第三种的寄生电感还小,只要空间许可,只管即便利用。

※末了一种方法在焊盘上直接打孔,寄生电感最小,但是焊接可能会涌现问题。

五、\"大众滥用\公众磁珠的危害

范例的8层以上单板,或者6层板采取3个电源地平面,电源地相对紧耦合的设计,这时候板上的滤波电容呈现\"大众全局特性\"大众,也便是说电容的位置不是很\公众主要\公众,电容在全局起浸染。
双面板四层板,以及6层板电源地间隔比较远,相对松耦合的时候,板上的滤波电容方向于\"大众局部特性\"大众,电容的位置比较主要,最好能靠近芯片管脚放置。

当电源供电网络不该用电源地平面来设计的时候,电容更方向于\"大众局部特性\"大众。
如PLL电源的电容,如DDR3设计中Vref电源的电容,都希望严格把相应的电容靠近芯片的管脚,乃至最好能做到设计时指定电源必须从滤波电容进入芯片管脚。

同样的,对付常规数字电源,如3.3V,2.5V等IO电源,如果我们对每一个芯片都利用磁珠隔离之后单独供电,那么电容就失落去了\"大众全局\"大众浸染。
最直接的一个负面浸染便是导致设计须要增加更多的滤波电容。
或者某个芯片的电容数量与种类不足,导致电源轨道噪声变大。

就算是电容的数量不是问题,电源噪声可控,\"大众滥用\"大众磁珠还会造成其他设计问题。
电源种类多是设计的现状,\"大众滥用\"大众磁珠会\"大众雪上加霜\公众的让电源种类更多。
加大电源地平面设计的难度。
而增加的磁珠,实在并没有给电源噪声带来好处。

六、总结

常规的数字电源,在采取多层板设计,电源地平面紧耦合的情形下,不建议\"大众滥用\"大众磁珠,保持电容的\"大众全局\公众特性起浸染。

须要利用磁珠的场合大致分为两种

1、\"大众特殊\"大众保护自己,如PLL电源,FPGA中的SerDes仿照电源等

2、\"大众关爱\公众他人,自身的滋扰性比较强,避免EMI问题,如强驱动的时钟芯片等

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