片狀鐵氧體磁珠的特性結(jié)構(gòu)及應用解析

1. 磁珠簡介

村田磁珠屬于EMI靜噪元件，也同屬于靜噪濾波器，學名叫片狀鐵氧體磁珠，功效等效于電阻和電感串聯(lián)在電路中，阻值和電感值都由電路中頻率變化而變化，在有高頻通過時，表現(xiàn)出阻性，從而發(fā)揮出過濾高頻的濾波器作用。

生產(chǎn)村田磁珠主要原料是鐵氧體，主要成分是鐵鎂合金或鐵鎳合金，外表成灰黑色。

電路中的高頻信號在通過鐵氧體這種材料時會大量消耗高頻信號，正是因為鐵氧體的這種消耗高頻的特性，使得磁珠在電路中起著阻高頻通低頻的作用。

2. 磁珠命名規(guī)則

下圖以型號BLM18AG331SN1D為例說明磁珠的命名規(guī)則

3. 磁珠特性參數(shù)

（1）直流電阻DCResistance（mohm）：直流電流通過此磁珠時，此磁珠所呈現(xiàn)的電阻值。

（2）額定電流RatedCurrent（mA）：表示磁珠正常工作時的最大允許電流。

（3）阻抗［Z］@100MHz（ohm）：這里所指的是交流阻抗。

（4）阻抗-頻率特性：描述阻抗值隨頻率變化的曲線。

（5）電阻-頻率特性：描述電阻值隨頻率變化的曲線

（6）感抗-頻率特性：描述感抗隨頻率變化的曲線

4. 磁珠結(jié)構(gòu)

當導線中電流穿過時，鐵氧體對低頻電流幾乎沒有什么阻抗，而對較高頻率的電流會產(chǎn)生較大衰減作用。高頻電流在其中以熱量形式散發(fā)，其等效電路為一個電感和一個電阻串聯(lián)，兩個組件的值都與磁珠的長度成比例。

磁珠種類很多，制造商應提供技術(shù)指標說明，特別是磁珠的阻抗與頻率關(guān)系的曲線。有的磁珠上有多個孔洞，用導線穿過可增加組件阻抗（穿過磁珠次數(shù)的平方），不過在高頻時所增加的抑制噪聲能力不可能如預期的多，而用多串聯(lián)幾個磁珠的辦法會好些。

鐵氧體是磁性材料，會因通過電流過大而產(chǎn)生磁飽和，導磁率急劇下降。大電流濾波應采用結(jié)構(gòu)上專門設(shè)計的磁珠，還要注意其散熱措施。鐵氧體磁珠不僅可用于電源電路中濾除高頻噪聲（可用于直流和交流輸出），還可廣泛應用于其它電路，其體積可以做得很小。

特別是在數(shù)字電路中，由于脈沖信號含有頻率很高的高次諧波，也是電路高頻輻射的主要根源，所以可在這種場合發(fā)揮磁珠的作用。鐵氧體磁珠還廣泛應用于信號電纜的噪聲濾除。

下圖為片狀鐵氧體磁珠的典型結(jié)構(gòu)。在原始鐵氧體片層之間形成線圈圖案，并且通過集成和燒制的過程，產(chǎn)生三維線圈結(jié)構(gòu)。

5. 磁珠的選用

1. 磁珠的單位是歐姆，而不是亨特，這一點要特別注意。因為磁珠的單位是按照它在某一頻率 產(chǎn)生的阻抗來標稱的，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為標準，比如1000R@100MHz，意思就是在100MHz頻率的時候磁珠的阻抗相當于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。為解決這一弊病，可在濾波器的進線上使用鐵氧體磁環(huán)或磁珠套，利用滋環(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。在體積一定時，長而細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）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)的導線反復繞幾下，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。

鐵氧體抑制元件應當安裝在靠近干擾源的地方。對于輸入/輸出電路，應盡量靠近屏蔽殼的進、出口處。

對鐵氧體磁環(huán)和磁珠構(gòu)成的吸收濾波器，除了應選用高磁導率的有耗材料外，還要注意它的應用場合。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。

6. 磁珠功能原理

下圖顯示片狀鐵氧體磁珠的阻抗頻率特性的示例。所涉及的基本原理如下：隨著頻率上升，阻抗隨著電感器的增加而成比例增加，因此通過在電路中串聯(lián)連接這些磁珠，它們起到低通濾波器的作用。對于常規(guī)電感器，阻抗（Z）值中的主要特征是電抗分量（X）。

另一方面，由于片狀鐵氧體磁珠使用在高頻下具有高損耗的鐵氧體材料，因此高頻范圍內(nèi)的主要特性是電阻分量（R）。電抗分量不伴有損耗，但電阻分量是。這意味著，與常規(guī)電感器相比，片狀鐵氧體磁珠具有更好的吸收噪聲能量的特性。

芯片鐵氧體磁珠通常通過阻抗值在100MHz的頻率下標準化。但是，可以使用具有相同阻抗值的多種產(chǎn)品。這是為了能夠選擇阻抗曲線的銳度。

下圖顯示了曲線變化的示例。BLM18AG601SN1和BLM18BD601SN1都是片狀鐵氧體磁珠，在100 MHz時阻抗值為600Ω，但BLM18BD601SN1具有更尖銳的阻抗曲線，而BLM18AG601SN1的曲線上升更為平緩。

對于阻抗曲線平緩上升的類型，阻抗在較低頻率水平開始增加，因此可以在從極低頻率到高頻率的寬頻帶上抑制噪聲。但是，如果信號頻率相對較高，則該頻率也可能衰減。

相反，對于阻抗曲線急劇上升的類型，阻抗僅在高頻范圍內(nèi)增加，因此即使使用具有相對高頻率的信號，也可以在不影響信號的情況下抑制噪聲。因此，在選擇片狀鐵氧體磁珠時，要考慮抑制噪聲的信號頻率是很重要的。

7. 磁珠用法

8. 磁珠應用案例

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