EMC的磁珠到底是什麼特性

剛才偶然看了本刊的兩篇有關磁珠的專家博文，這兩篇博文都是講磁珠的。其中一篇是講磁珠與電感的區別，另一篇講磁珠其實就是一電阻特性，其實這樣的說法都是不準確的。

磁珠（ferrite bead）的等效電路是乙個dcr電阻串聯乙個電感併聯乙個電容和乙個電阻。dcr是乙個恆定值，但後面三個元件都是頻率的函式，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，當頻率低於fl（lc諧振頻率）時，磁珠呈現電感特性；當頻率等於fl時，磁珠是乙個純電阻，此時磁珠的阻抗（impedance）最大；當頻率高於諧振頻率點fl時，磁珠則呈現電容特性。

emi選用磁珠的原則就是磁珠的阻抗在emi雜訊頻率處最大。比如如果emi雜訊的最大值在200mhz,那你選擇的時候就要看磁珠的特性曲線，其阻抗的最大值應該在200mhz左右。

下圖是乙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。

z: impedance r: r( f) x1: l\\c

前面簡單介紹了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訊號濾波器。

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雜訊。而在有偏置電流的情況下，磁珠的特性會發生一些變化。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，impedance ohm) :磁珠等下電路中所有元件的阻抗之和,它是頻率的函式。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：當磁珠安裝於印刷線路板並加入恆定電流，自身溫公升由室溫上公升40c時的電流值。

那麼emi磁珠有成千上萬種，阻抗曲線也各不相同，我們應該如根據我們的實際應用選擇合適的磁珠呢？

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。

上面是四個不同大小的磁珠分別工作在0a，100ma偏置電流及在100mhz,500mhz和1ghz工作頻率下的阻抗值。

從上表的測試資料中可以看出，1206尺寸的磁珠在低頻100mhz工作時，其阻抗值僅從0a下的600ohm減小到100ma偏置電流下的550ohm,而0402尺寸的磁珠阻抗值卻從0a下的600ohm大幅減小為175ohm。

由此看來，在低頻大偏置電流應用的情況下，應該選擇大尺寸的磁珠，其阻抗特性會更好一些。

讓我們來看一下磁珠在高頻工作時的情形。

1206尺寸的磁珠其1ghz下的阻抗從100mhz下的600ohm大幅減小為105ohm,而0402尺寸的磁珠其1ghz下的阻抗則只由100mhz下的600ohm小幅減小為399ohm。

這也就是說，在低頻大偏置電流的情況下，我們應該選擇較大尺寸的磁珠，而在高頻應用中，我們應該盡量選擇小尺寸的磁珠。

讓我們再來看一下下面兩個不同曲線特徵的磁珠a和磁珠b應用於訊號線時的情況。

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的訊號線上，看看對訊號輸出會產生什麼樣的影響。

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於磁珠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附近的訊號的衰減較大，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，其對訊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的emi測試結果。結果是磁珠a和磁珠b都會對emi雜訊產生很大的衰減。磁珠a在整個emi頻譜範圍內的衰減要稍好於磁珠b。

因此，在具體選用磁珠時，阻抗頻率特性平坦型的磁珠a比較適合應用於電源線，而頻率特性比較陡峭的磁珠b則較適合應用於訊號線。磁珠b在應用於訊號線時，可以在盡量保持訊號完整性的情況下，盡可能只對emi頻率附近的雜訊產生最大的衰減。

**自電子系統設計