EMC磁珠與EMI磁珠的基本特性解析

磁珠（Ferritebead）的等效電路是一個 DCR 電阻串聯(lián)一個電感并聯(lián)一個電容和一個電阻。DCR 是一個恒定值，但后面三個元件都是頻率的函數(shù)，也就是說它們的感抗，容抗和阻抗會隨著頻率的變化而變化，當然它們阻值，感值和容值都非常小。

從等效電路中可以看到，當頻率低于 fL（LC 諧振頻率）時，磁珠呈現(xiàn)電感特性；當頻率等于 fL 時，磁珠是一個純電阻，此時磁珠的阻抗（impedance）最大；當頻率高于諧振頻率點 fL 時，磁珠則呈現(xiàn)電容特性。EMI 選用磁珠的原則就是磁珠的阻抗在 EMI 噪聲頻率處最大。比如如果 EMI 噪聲的最大值在 200MHz，那你選擇的時候就要看磁珠的特性曲線，其阻抗的最大值應(yīng)該在 200MHz 左右。下圖是一個磁珠的實際的特性曲線圖。大家可以看到這個磁珠的峰值點出現(xiàn)在 1GHz 左右。在峰點時，阻抗（Z）曲線的值與電阻（R）的相等。也就是說這個磁珠在 1GHz 時，是個純電阻，而且阻抗值最大。

EMC 磁珠到底是什么特性？（2）

前面簡單介紹 EMI磁珠的基本特性曲線。從磁珠的阻抗曲線來看，其實它的特性就是可以用來做高頻信號濾波器。需要注意的是，通常大家看到的廠家提供的磁珠阻抗曲線，都是在無偏置電流情況下測試得到的曲線。但大部分磁珠通常被放在電源線上用來濾除電源的 EMI 噪聲。而在有偏置電流的情況下，磁珠的特性會發(fā)生一些變化。下面是某個 0805 尺寸額定電流 500mA 的磁珠在不同的偏置電流下的阻抗曲線。大家可以看到，隨著電流的增加，磁珠的峰值阻抗會變小，同時阻抗峰值點的頻率也會變高。

在進一步闡述磁珠的特性之前，讓我們先來看一下磁珠的主要特性指標的定義：Z（阻抗，impedanceohm）：磁珠等下電路中所有元件的阻抗之和，它是頻率的函數(shù)。通常大家都用磁珠在 100MHz 時的阻抗值作為磁珠阻抗值。DCR（ohm）：磁珠導體的的直流電阻。額定電流：當磁珠安裝于印刷線路板并加入恒定電流，自身溫升由室溫上升 40C 時的電流值。那么 EMI 磁珠有成千上萬種，阻抗曲線也各不相同，我們應(yīng)該如根據(jù)我們的實際應(yīng)用選擇合適的磁珠呢？

EMC磁珠到底是什么特性？（3）

讓我們首先來看一下阻抗值同為 600ohm@100MHz 但尺寸大小不同的磁珠在不同偏置電流電流和工作頻率下的特性。

EMC 磁珠到底是什么特性？（4）

讓我們再來看一下下面兩個不同曲線特征的磁珠 A 和磁珠 B 應(yīng)用于信號線時的情況。

磁珠 A 和磁珠 B 的阻抗峰值都在 100MHz 和 200MHz 之間，但磁珠 A 阻抗頻率曲線比較平坦，磁珠 B 則比較陡峭。

我們將兩個磁珠分別放在如下的 20MHz 的信號線上，看看對信號輸出會產(chǎn)生什么樣的影響。

波形測試點

下面是用示波器分別量測磁珠輸出端的波形圖

從輸出波形來看，磁珠 B 的輸出波形失真要明顯小于磁珠 A。

原因是磁珠 B 的阻抗頻率波形比較陡峭，其阻抗在 200MHz 時較高，只對 200MHz 附近的信號的衰減較大，但對頻譜很寬的方波波形影響較小。而磁珠 A 的阻抗頻率特性比較平坦，其對信號的衰減頻譜也比較寬，因此對方波的波形影響也較大。

下面是上述三種情況對應(yīng)的 EMI 測試結(jié)果。結(jié)果是磁珠 A 和磁珠 B 都會對 EMI 噪聲產(chǎn)生很大的衰減。磁珠 A 在整個 EMI 頻譜范圍內(nèi)的衰減要稍好于磁珠 B。

因此，在具體選用磁珠時，阻抗頻率特性平坦型的磁珠 A 比較適合應(yīng)用于電源線，而頻率特性比較陡峭的磁珠 B 則較適合應(yīng)用于信號線。磁珠 B 在應(yīng)用于信號線時，可以在盡量保持信號完整性的情況下，盡可能只對 EMI 頻率附近的噪聲產(chǎn)生最大的衰減。

EMC 磁珠到底是什么特性？（5）

EMC 磁珠應(yīng)用于電子線路中抑制 EMI，主要有兩種應(yīng)用：1. 最常見用于電源線。2. 用于信號線像音頻，視頻線等。那應(yīng)該如何根據(jù)實際應(yīng)用從千萬種不同特性的 EMC 磁珠中選擇合適的磁珠用于自己的系統(tǒng)設(shè)計呢？

向前面所述，如果要選用磁珠用于電源線，應(yīng)該做如何選擇呢？

首先，要知道開關(guān)電源的工作頻率。通常大多數(shù)開關(guān)電源工作于幾百 KHz，少數(shù)的可以工作到幾 MHz. 這個頻率基本上是在傳導輻射的頻率范圍。對于起始于 30MHz 輻射頻率來講，屬于低頻的范圍。一般來講，電源產(chǎn)生的輻射 EMI 噪聲，通常在小于 100MHz-300MHz 范圍。因此，選擇磁珠用選用峰值頻率小于 300MHz 低頻型的磁珠。

其次，就是要知道電源的工作電流。對于哪些放置于開關(guān)或非直流信號的磁珠，通常要講交流信號轉(zhuǎn)換有效值，以此來選擇磁珠的額定電流。

對于用于電源線磁珠尺寸，像我們前面講到的，在滿足排版空間設(shè)計要求情況下，要盡量選用大尺寸的磁珠。

用于電源線的磁珠，DCR 是十分關(guān)鍵的參數(shù)，特別是對于電池供電的便攜式設(shè)備，像手機，平板電腦等。應(yīng)盡量選用 DCR 小的磁珠用于電源線，以提高電源效率。

當然，從抑制 EMI 的角度來講，磁珠的峰值阻抗越高越好。但通常，磁珠的阻抗與 DCR 成反比關(guān)系。需喲根據(jù)實際的應(yīng)用情況，在 DCR 和阻抗間做一折中選擇。

最后，就像前面所講的，磁珠的阻抗曲線要盡量平坦，以最大限度的濾除電源的高次諧波噪聲。

EMC 磁珠到底是什么特性？（6）

假如磁珠用于信號線，那應(yīng)該如何選擇磁珠的種類呢？首先，我們應(yīng)該知道磁珠要用于何種信號線，比如是音頻，視頻還是其他。這也就是說應(yīng)該知道信號的工作頻率。原則上，磁珠的阻抗峰值頻率應(yīng)至少高于信號的有效帶寬，否則會影響影響信號完整性，從而影響系統(tǒng)的正常工作。即使對于像音頻之類的低頻信號，因為音頻信號通常是由音頻解碼器解碼而來，其 EMI 噪聲通常是音頻解碼器的幾十 MHz 的時鐘頻率諧波。

因此，即使是低頻的音頻信號，其 EMI 噪聲通常也會是高達幾十甚至幾百 MHz 的高頻噪聲。其次，要知道信號電流。對于大多數(shù)信號而言，像視頻，RS232 等，僅僅是信號而已，并沒有太大的電流輸出，因此通常不需要考慮磁珠的額定電流。但對于音頻信號，通常是有功率輸出的，此時磁珠的選擇就要考慮輸出電流。此時要將音頻信號折算成有效值來選取適當額定電流的磁珠。

峰值阻抗應(yīng)選擇在可能出現(xiàn) EMI 問題的頻率點附近。用于高速信號的磁珠要注意阻抗匹配，比如用于視頻信號線的磁珠阻抗在 100MHz 左右要在 50 歐姆左右。用于信號線的磁珠，通常不需要考慮磁珠 DCR，磁珠的尺寸要越小越好。最后就是磁珠的阻抗曲線要盡量陡峭，以免影響信號完整性。
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