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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或磁珠套，利用滋環或磁珠對高 頻信號的渦流損耗，把高頻成分轉化為熱損耗。因此磁環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/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，有效信號為差模信號，EMI吸收磁環/磁珠對其沒有任何影響，而對于共模信號則會表現出較大的電感量。磁環的使用中還有 一個較好的方法是讓穿過的磁環的導線反復繞幾下，以增加電感量。可以根據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。對鐵氧體磁環和磁珠構成的吸收濾波器， 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。四、結論 由于鐵氧體可以衰減較高頻同時讓較低頻幾乎無阻礙地通過，故在EMI控制中得到了廣泛地應用。用于EMI吸收的磁環/磁珠可制成各種的形狀，廣泛 應用于各種場合。如在PCB板上，可加在DC/DC模塊、數據線、電源線等處。它吸收所在線路上高頻干擾信號，但卻不會在系統中產生新的零極點，不會破壞 系統的穩定性。它與電源濾波器配合使用，可很好的補充濾波器高頻端性能的不足，改善系統中濾波特性 。 磁珠專用于抑制信號線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾，還具有吸收靜電脈沖的能力。 磁珠是用來吸收超高頻信號，象一些RF電路，PLL，振蕩電路，含超高頻存儲器電路(DDR SDRAM，RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠，而電感是一種蓄能元件，用在LC振蕩電路，中低頻的濾波電路等，其應用頻率范圍很少超過錯50MHZ。 磁珠的功能主要是消除存在于傳輸線結構(電路)中的RF噪聲，RF能量是疊加在直流傳輸電平上的交流正弦波成分，直流成分是需要的有用信號，而射頻RF 能 量卻是無用的電磁干擾沿著線路傳輸和輻射(EMI)。要消除這些不需要的信號能量，使用片式磁珠扮演高頻電阻的角色(衰減器)，該器件允許直流信號通過， 而濾除交流信號。通常高頻信號為30MHz以上，然而，低頻信號也會受到片式磁珠的影響。 片式磁珠由軟磁鐵氧體材料組成，構成高體積電阻率的獨石結構。渦流損耗同鐵氧體材料的電阻率成反比。渦流損耗隨信號頻率的平方成正比。 使用片式磁珠的好 處: 小型化和輕量化 在射頻噪聲頻率范圍內具有高阻抗，消除傳輸線中的電磁干擾。 閉合磁路結構，更好地消除信號的串繞。 極好的磁屏蔽結構。 降低直 流電阻，以免對有用信號產生過大的衰減。 顯著的高頻特性和阻抗特性(更好的消除RF能量)。 在高頻放大電路中消除寄生振蕩。 有效的工作在幾個MHz 到幾百MHz的頻率范圍內。 要正確的選擇磁珠，必須注意以下幾點: 1、不需要的信號的頻率范圍為多少; 2、噪聲源是誰; 3、需要多大的噪聲衰減; 4、環境條件是什么(溫度，直流電壓，結構強度); 5、電路和負載阻抗是多少; 6、是否有空間在PCB板上放置磁珠; 前三條通過觀察廠家提供的阻抗頻率曲線就可以判斷。在阻抗曲線中三條曲線都非常重要，即電阻，感抗和總阻抗。總阻抗通過ZR22πfL()2+:=fL 來 描述。通過這一曲線，選擇在希望衰減噪聲的頻率范圍內具有最大阻抗而在低頻和直流下信號衰減盡量小的磁珠型號。 片式磁珠在過大的直流電壓下，阻抗特性會 受到影響，另外，如果工作溫升過高，或者外部磁場過大，磁珠的阻抗都會受到不利的影響。 使用片式磁珠和片式電感的原因: 是使用片式磁珠還是片式電感主 要還在于應用。在諧振電路中需要使用片式電感。而需要消除不需要的EMI噪聲時，使用片式磁珠是最佳的選擇。 片式磁珠和片式電感的應用場合: 片式電感: 射頻(RF)和無線通訊，信息技術設備，雷達檢波器，汽車，蜂窩電話，尋呼機，音頻設備，PDAs(個人數字助理)，無線遙控系統以及低壓供電模塊等。 片式磁珠: 時鐘發生電路，模擬電路和數字電路之間的濾波，I/O輸入/輸出內部連接器(比如串口，并口，鍵盤，鼠標，長途電信，本地局域網)，射頻 (RF)電路和易受干擾的邏輯設備之間，供電電路中濾除高頻傳導干擾，計算機，機，錄像機(VCRS)，電視系統和手提電話中的EMI噪聲抑止。 高速PCB設計中電容的作用 第一部分：電容的分類 電容在電路的設計中從應用上進行分類，可以將電容分為四類： 第一類： AC耦合電容。主要用于Ghz信號的交流耦合。 第二類： 退耦電容。主要用于保持濾除高速電路板的電源或地的噪聲。 第三類： 有源或無源RC濾波或選頻網絡中用到的電容。 第四類： 模擬積分器和采樣保持電路中用到的電容。 在本文中我們將主要討論第二大類退耦電容。 電容從制造的材料和工藝進行分類，主要有以下不同形式的電容： 1、NPO陶瓷電容器 2、聚苯乙烯陶器電容器 3、聚丙烯電容器 4、聚四氟乙烯電容器 5、MOS電容器 6、聚碳酸酯電容器 7、聚脂電容器 8、單片陶瓷電容器 9、云母電容器 10、鋁電解電容器 11、鉭電解電容器 在實際的設計中由于，價格、采購等各方面原因經常用的電容有：陶瓷電容、鋁電解電容、鉭電容。 第二部分：電容的具體模型和分布參數 要正確合理的應用電容，自然需要認識電容的具體模型以及模型中各個分布參數的具體意義和作用。和其他的元器件一樣，實際中的電容與"理想"電容器不同，" 實際"電容器由于其封裝、材料等方面的影響，其就具備有電感、電阻的一個附加特性，必須用附加的"寄生"元件或"非理想 "性能來表征，其表現形式為電阻元件和電感元件，非線性和介電存儲性能。"實際"電容器模型如下圖所示。由于這些寄生元件決定的電容器的特性，通常在電容器生產廠家的產品說明中都有詳細說明。在每項應用中了解這些寄生作用，將有助于你選擇合適類型的電容器。 
從上面的圖我們可以看出，電容實際上應該由六個部分組成。除了自己的電容C外，還有以下部分組成： 1、等效串聯電阻ESR RESR ：電容器的等效串聯電阻是由電容器的引腳電阻與電容器兩個極板的等效電阻相串聯構成的。當有大的交流電流通過電容器，RESR使電容器消耗能量(從而產生損耗)。這對射頻電路和載有高波紋電流的電源去耦電容器會造成嚴重后果。但對精密高阻抗、小信號模擬電路不會有很大的影響。RESR 最低的電容器是云母電容器和薄膜電容器。 2、等效串聯電感ESL，LESL ：電容器的等效串聯電感是由電容器的引腳電感與電容器兩個極板的等效電感串聯構成的。像RESR 一樣，LESL 在射頻或高頻工作環境下也會出現嚴重問題，雖然精密電路本身在直流或低頻條件下正常工作。其原因是用于精密模擬電路中的晶體管在過渡頻率(transition frequencies)擴展到幾百兆赫或幾吉赫的情況下，仍具有增益，可以放大電感值很低的諧振信號。這就是在高頻情況下對這種電路的電源端要進行適當去耦的主要原因。 3、等效并聯電阻EPR RL ：就是我們通常所說的電容器泄漏電阻，在交流耦合應用、存儲應用(例如模擬積分器和采樣保持器)以及當電容器用于高阻抗電路時，RL 是一項重要參數，理想電容器中的電荷應該只隨外部電流變化。然而實際電容器中的RL 使電荷以RC時間常數決定的速率緩慢泄漏。 4、還是兩個參數RDA、CDA 也是電容的分布參數，但在實際的應該中影響比較小，這里就不介紹了。所以電容重要分布參數的有三個：ESR、ESL、EPR。其中最重要的是ESR、ESL，實際在分析電容模型的時候一般只用RLC簡化模型，即分析電容的C、ESR、ESL，這我們將在下周做重點分析電容的簡化模型。 5、下面我們在介紹詳細模型的基礎上，談談我們設計中經常用到兩種電容： 6、電解電容器(比如：鉭電容器和鋁電解電容器)的容量很大，由于其隔離電阻低，就是等效并聯電阻EPR很小，所以漏電流非常大 (典型值5〜20nA/μF)，因此它不適合用于存儲和耦合。電解電容比較適合用于電源的旁路電容，用于穩定電源的供電。最適合用于交流耦合及電荷存儲的電容器是聚四氟乙烯電容器和其它聚脂型(聚丙烯、聚苯乙烯等)電容器。 7、單片陶瓷電容器，比較適合用于高頻電路的退耦電容，因為它們具有很低的等效串聯電感，就是等效串聯電感ESL很小，具備有很廣的退耦頻段。這和他的結構構成有很大的關系單片陶瓷電容器是由多層夾層金屬薄膜和陶瓷薄膜構成的，而且這些多層薄膜是按照母線平行方式排布的，而不是按照串行方式卷繞的。 8、這周我們談了電容的詳細的等效模型，相信大家現在對電容應該有比較深的認識了，下周我們將繼續談，我們實際分析應用中要經常用到的電容的簡化等效模型，和他阻抗曲線的由來和意義。 第三部分：電容的簡化模型和阻抗曲線 為了分析方便，在實際的分析應該中經常使用由串聯等效電阻ESR、串聯等效電感ESL、電容組成的RLC模型。因為對電容的高頻特性影響最大的則是ESR和ESL，我們通常采用下圖中簡化的實際模型進行分析：
上面組成的RLC模型的阻抗如果用數學公式可以表示如下：
那么它的模的表達式如下：
上式就是電容的容抗隨頻率變化的表達式，如果2πfLs=1/2πfC，那么|Z|min=Rs，此時： 畫出電容的容抗的曲線的圖如下：
從上圖，我們很清楚的看出：電容在整個頻段，并非都是表現為電容的特性，而是在低頻的情況(諧振頻率以下)，表現為電容性的器件，而當頻率增加(超過諧振頻率)的時候，它漸漸的表現為電感性的器件。也就是說它的阻抗隨著頻率的增加先減小后增大，等效阻抗的最小值發生在串聯諧振頻率時，這時候，電容的容抗和感抗正好抵消，表現為阻抗大小恰好等于寄生串聯電阻ESR。 了解了上面的曲線，應該就不難理解在實際的應該中，我們的選擇電容標準是： 1、盡可能低的ESR電容。 2、盡可能高的電容的諧振頻率值。 |
