原创 说说磁珠(Ferrite Bead)

说说磁珠(Ferrite Bead)

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第一次使用磁珠还是在实习的时候，但是看原理图发现有个元件写着”Bead”，单位是100欧姆，用万用表测，导通，电阻约为0。当时就很奇怪，是什么有什么用？后来问了师兄，才知道，这个是磁珠，相当于电感，通直流阻交流(不准确)。这就是我当初对磁珠的印象。

磁珠

全称为铁氧体磁珠，Ferrite Bead，简写FB。

磁珠的单位是欧姆，而不是亨特，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，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。

磁珠的结构

X射线下的结构(真的活像线圈)

磁珠的等效模型   

R_bead是磁珠的直流电阻；

L_bead是磁珠的等效电感；

Cpar和Rpar是并联电容和电阻。

在低频的时候，Cpar开路，L_bead短路，只有直流电阻R_bead。当频率增加的时候，阻抗(JwL_bead)随着L_bead的增加线性增加，阻抗(1/jwCpar)随着Cpar的减小而相反增长。磁珠的阻抗频率曲线图上升斜率主要由电感L_bead决定。在高频到达一定频率点时，Cpar的阻抗开始起主要作用。磁珠的阻抗开始减小。阻抗频率曲线的斜率下降主要由磁珠的寄生电容Cpar所决定。Rpar对抑制品质因素(Q-factor)有作用，无论如何，Rpar和Cpar的值增长过大会增加磁珠的品质因素和减小磁珠的有效带宽。高品质因素(Q)可能导致电源输送网络瞬态频率响应不想要的抬升。

Z=R+jx

Z：阻抗

R：电阻

X：电抗

磁珠的电性参数

Z(阻抗) [Z]@100MHz (ohm)

    磁珠的阻抗是指在电流下所有阻抗的总和，包括交流与直流部分。阻抗的直流部分仅仅是绕线的直流电阻，交流部分包括电感电抗。下面的公式计算了一个理想电感在正弦交流信号下的电感电抗。

Z=XL=2πfL

    L的单位是亨利，频率的单位是赫兹。这个等式表明了电感量越大或者频率越高则阻抗越大。集肤效应或磁芯损耗同样可以使电感的阻抗值增加。

DCR(直流电阻) DC Resistance (ohm)

磁珠的直流电阻指在无交流信号下测得的电阻。在电感设计中，都要求使直流电阻尽可能的小。其量度单位是欧姆，通常标称为最大值。

IDC(额定电流) Rated Current

额定电流表征了通过磁珠的直流电流的强度。

对于磁珠，额定电流以产品随外加电流在最大的额定环境温度中的最大表面温升来定义。额外电流取决于线圈损耗的减弱能力和线圈损耗的耗散能力，而降低线圈损耗可以通过小直流电阻来实现。因此，提高额定电流可以通过减小直流电阻或者增大产品尺寸来实现。

     如顺络电子生产的磁珠GZ1005D301，其产品参数如下：

磁珠工作原理

>磁珠是一种阻抗随频率变化的电阻器。

>低频下，感应阻抗较低。

>随着频率增加，阻抗逐渐增大并逐渐显示出电阻的功能。

>铁氧化体磁珠的工作原理是通过阻抗吸收并发热的形式将不需要频段的能量消散掉。

     滤波器可以分为电感型和电容型(基于滤波方式)。而磁珠属于电感型。

磁珠生产厂家

1)顺络电子（SUNLORD）

http://www.sunlordinc.com/chinese/product/products.asp?cateid=16

2)日本村田公司Murata

http://www.murata.com/products/emc/selection_guide/emc/index.html

3)TDK

http://www.tdk.co.jp/tefe02/emc.htm#aname1

4) Taiyo-yuden

http://www.yuden.co.jp/ut/product/goods_top/goods_top2.html?__utma=1.571575688.1261755438.1261755438.1261755438.1&__utmb=1.2.10.1261755438&__utmc=1&__utmx=-&__utmz=1.1261755438.1.1.utmcsr=(direct)|utmccn=(direct)|utmcmd=(none)&__utmv=-&__utmk=109148549

5) KOA Speer Electronics

http://www.koaspeer.com/emi_emc.asp?part=2

6)fair-rite

http://fair-rite.com/cgibin/catalog.pgm?THEAPPL=Suppression+Components&THEWHERE=Board+Component&THEPART=Chip+Beads#select:freq1

7) AEM科技

http://www.aemchina.com/mlc.html

磁珠各厂家产品替换可参考下面列表

磁珠的分类

    基本上每个厂家的磁珠都是按低速信号线用、高速信号线用、大电流线路用、抑制高频噪声(1GHz以以上)和高频大电流线路用。

要正确的选择磁珠,必须注意以下几点：
1、不需要的信号的频率范围为多少;
2、噪声源是谁;
3、需要多大的噪声衰减;
4、环境条件是什么（温度,直流电压,结构强度）;
5、电路和负载阻抗是多少;
6、是否有空间在PCB板上放置磁珠;
    前三条通过观察厂家提供的阻抗频率曲线就可以判断。在阻抗曲线中三条曲线都非常重要,即电阻,感抗和总阻抗。总阻抗通过Z=XL=2πfL来描述。通过这一曲线,选择在希望衰减噪声的频率范围内具有最大阻抗而在低频和直流下信号衰减尽量小的磁珠型号。

下面以深圳顺络电子（SUNLORD）的磁珠为例

(1) 低速信号线用(GZ系列)

衰减频率范围50~750MHz

从GZ系列的磁珠阻抗频率曲线可以看出，GZ系列的磁珠的阻抗在相对较低的频段就开始增加，因此可抑制的噪声频段范围较宽。GZ系列的额定电流比较小(50~2000mA)，因此适用于滤除直流或低频信号线上的高频噪声。

(2)高速信号线上用(SZ系列)

                                            衰减频率范围100~400MHz

从SZ系列的磁珠阻抗频率曲线可以看出，SZ系列磁珠频谱曲线比较陡峭，阻抗峰值高，对较窄频段的噪声有很好的衰减作用，而不影响其他频段的信号。很多高速系统时钟频率都很高，信号线上都有可能会耦合了高频噪声信号，因此需要在信号线上增加一个磁珠来把高频噪声滤除。

(3)大电流线路用(PZ系列)

      PZ系列磁珠与GZ系列一样，阻抗频谱范围宽，但有一点是有不一样的，就是PZ系列有较大的额定电流，因此能用于大电流电路的噪声抑制。

(4)高频噪声抑制(HZ系列和HPZ系列)

HZ系列磁珠在100MHz下的阻抗与普通磁珠累世，但在1GHz时的阻抗是普通磁珠的3倍左右。

HZ-U系列磁珠可用在低速信号线上，该系列可以提供较宽频率范围的高阻抗值。

HZ-K系列磁珠提供陡峭的阻抗频谱，主要用在高速信号线上。

抑制噪声的作用

HPZ系列磁珠在高频下抑制电磁干扰的能力与HZ系列类似，并且由于直流电阻较小，可以提供较大的戈定电流。

总结：

     灰色竖条频率范围为信号频率范围，粉红竖条频率范围为磁珠滤波频率范围，根据信号的频率，噪声的频率范围和额定电流值选择相应的磁珠。

磁珠的应用

磁珠用于抑制电子设备中30MHz至3000MHz范围内的噪声，例如计算机及外围设备，DVD，数码相机，LCD TV，通信设备，OA设备等。

—电源线

—高频线路，如时钟线、RGB线路

—振荡回路

—有振铃信号产生的回路

—接地回路

笔记本电脑

主机USB接口

USB HUB接口

磁珠和电感的区别

电感是储能元件，而磁珠是能量转换（消耗）器件。

电感多用于电源滤波回路，侧重于抑止传导性干扰；

磁珠多用于信号回路，主要用于EMI方面。

磁珠用来吸收超高频信号，象一些RF电路，PLL，振荡电路，含超高频存储器电路（DDR, SDRAM ,RAMBUS等）都需要在电源输入部分加磁珠；

L1为磁珠，用在连接高速系统数字电源和模拟电源。也可以用在AD/DA系统模拟地和数字地的连接

电感是一种储能元件，用在LC振荡电路、中低频的滤波电路等，其应用频率范围很少超过50MHz。

电感的作用：

阻抗匹配回路

谐振回路

参考资料：

(1)   TE04EA-1.pdf，Understanding Ferrite Bead Inductors

(2)   AN 583: Designing Power Isolation Filters with Ferrite Beads for Altera FPGAs

(3)   顺络电子技术文档：EMC用电子元器件  

(4)   顺络电子技术文档：片式铁氧体磁珠

(5)   Ferrite beads - <?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />10/12/2000 - EDN