磁珠基本原理

概念

磁珠的全称为铁氧体磁珠滤波器，是一种抗干扰元件，主要功能是滤除高频噪声，消除存在于传输线结构（电路）中的噪声。

工作原理

磁珠通过阻抗吸收并以发热的形式将不需要频段的能量耗散掉，从而滤除噪声。

需要注意的是磁珠是消除噪声，电容本身或者和电感配合也能起到滤波作用，但是并没有真正将噪声消除。电容滤波是将噪声泄放到地，缺点是会使地的噪声越来越多。电感是把噪声反射出去，不让噪声通过，缺点是噪声还是在电路里。所以磁珠与电容和电感的不同点是磁珠在一定频带内能反射噪声，在一定频带内还能吸收并转换为热能散发出去。

补充：磁珠本身是一种阻抗随频率变化的电阻器，因为磁珠有很高的电阻率和磁导率，所以它等效于电阻和电感串联，电阻值和电感值都随频率变化。

磁珠比普通的电感有更好的高频滤波特性，在低频时，感应阻抗比较低。在高频时随着频率增加，阻抗逐渐增大呈现阻性，所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗，从而提高调频滤波效果。

磁珠的单位

磁珠的单位是欧姆（Ω），而不是亨特（uH），这一点要特别注意。因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的，阻抗的单位也是欧姆。
磁珠的DATASHEET上一般会提供频率和阻抗的特性曲线图，如下图。一般以100MHz 为标准，比如600R@100MHz，意思就是在100MHz 频率的时候，磁珠的阻抗相当于600 欧姆。

磁珠结构

磁珠的主要参数

直流电阻DC Resistance(mohm)：直流电流通过此磁珠时，此磁珠所呈现的电阻值。

额定电流Rated Current(mA)：表示磁珠正常工作时的最大允许电流。

阻抗[Z]@100MHz(ohm)：这里所指的是交流阻抗。

阻抗－频率特性：描述阻抗值随频率变化的曲线。

电阻－频率特性：描述电阻值随频率变化的曲线。

感抗－频率特性：描述感抗随频率变化的曲线。

下图为某厂家磁珠特性参数及频率特性曲线：

特性曲线中的X线表示感抗，R值表示等效电阻，Z表示阻抗。

我们从前面知道，磁珠等效为电阻和电感的串联。从特性曲线中我们可以看出电感和电阻的交叉点我们称为转换点也叫交叉频率。转换点以下Z和XL曲线几乎是重合的，我们称磁珠呈感性，小电感，此时反射噪声，转换点以上Z和R曲线几乎是重合的，此时磁珠呈电阻特性，大电阻，起吸收噪声并转变为热能的作用。

转换点所在频率越高，磁珠感性频带就会越宽，磁珠吸收低频的能力就会越弱，对高频的吸收能力越强 。转换点频率越低，磁珠的电阻性频带就会越宽，磁珠吸收低频的能力就会越强，对高频的吸收能力越弱 。

磁珠的分类

根据磁珠的应用场合，大致可将磁珠分为普通型、大电流型、尖峰型等。

普通型：普通型磁珠用于电流不太大（一般小于600mA），无特殊要求的场合，它的直流电阻一般为零点几个欧姆。能有效地抑制、吸收电子设备的电磁干扰和射频干扰。其阻抗范围一般为几欧到几千欧范围内。

大电流型：此型号磁珠应用于要求较大电流的场合，由于其应用于大电流的场合，因此就要求它的直流电阻必须很小，约小于普通型磁珠一个数量级，而其阻抗值一般也较小。 例如在一个5V 500mA的电源场景中，经过一个DCR=1R的磁珠时，电压会衰减500mA*1R=0.5V。

尖峰型：此型号的磁珠特性为在某一个频率区域内，其阻抗急剧上升，从而在特定的频率区域内可获得较高的衰减效果而对信号不产生影响。

作用

1、电源线

在电源的输出端串联一个磁珠来抑制电源的谐波（比如dcdc的开关电源，在开关的时候都会产生电源噪声，开关电源的工作频率一般在几百KHz到几MHz，它的谐波一般在几M到几十M这个范围内，磁珠串联在电源的输出端就会消除它的谐波噪声，而且配合电容可以把低频噪声泄放到地，对于高频噪声可以吸收）

2、高频线路

时钟线、RGB线路。例如HDMI、USB、DBI等

3、振荡回路

4、有振铃信号产生的回路

5、接地回路

选型

在我们用磁珠选型的时候一定要清楚工作频率噪声有多高，选择转换点在实际工作频率频带以上的磁珠，并且根据噪声频点，选择频点附近阻抗最大的磁珠型号，这样我们就可以消除工作噪声。

阻抗和电阻（R和Z）的交叉点是磁珠的谐振频率，高于谐振频率呈容性，低于谐振频率呈感性。选择的时候我们要选择工作频率低于自谐振频率的磁珠。

磁珠值计算

现有一个3.3V 300mA的输入电源，并且在100MHz时的纹波电压为300mVpp（peak-peak）

要求：经过磁珠后，电压不得小于3.0V（设置最小输出电压V_min），负载输入纹波最大为（设定最大负载纹波V_ripp）50mVpp，负载阻抗为120Ω。

4.1 首先计算直流电阻DCR_max，DCR_max=(V_out-V_min)/I_out

根据欧姆定律，DCR=（3.3-3）/0.3，所以DCR=1Ω，所以DCR不得大于1Ω，因为实际阻值有误差，需要合理选择。

4.2 磁珠阻抗用R1表示，磁珠的纹波压降：300mV=300mA*1Ω，根据分压公式50mV=300✖120/（R1+120），则磁珠在100MHz时的阻抗R1=600Ω。