磁珠在硬件电路中使用的很多,磁珠用于抑制电子电路中的高频噪声。它们可以通过将噪声能量转换为热量来消耗掉噪声能量。 铁氧体磁珠通常能抑制 MHz 频率范围的噪声。由于在直流电源线上 EFT 所导致的噪声包含在 MHz 和几 KHz 的频率范围内,因此很难选择铁氧体磁珠,以便能在所有组件噪声频率范围内提供足够大的阻抗(50Ω-100Ω)。因此,为了 得到更好的抗 EFT 能力,推荐将各个电感器作为 LC 滤波器使用,如 LC 滤波器中所述在电源线上,请将铁氧体磁珠 放置在电源输入点上,这样可以过滤掉 MHz 频率范围的瞬变噪声以及耦合射频噪声。选择一个铁氧体磁珠时,推荐设置某个频率,使得输出的最高阻抗位于噪声频率范围中心的位置。下图是一个磁珠的阻抗曲线图 那么磁珠有消除高频干扰的作用,是不是在电路中就可以随便使用的?磁珠只有加的合适,才会起到正面作用,在不合适的电路中使用磁珠,反而适得其反。电路设计时候,会在数字芯片的电源输入处使用磁珠和电容,组成Bead-Cap的滤波电路,迎来滤除电源线上的高频噪声(一般是电源芯片的开关频率噪声及其倍频噪声)。不知道硬件工程师朋友有没有碰到这样的场景:增加了磁珠后,数字芯片的电压输入处的纹波居然变大了,超过了数字芯片可忍受的纹波电压范围,造成后级的数字芯片工作异常。随后将磁珠更换为0欧姆电阻后,数字芯片的纹波电压相比使用磁珠的时候降低了,数字芯片正常工作了。但是再使用磁珠的时候,加大或减小电容容值,也可以改善纹波变大的现象。 实际出现这种情况,就要理解磁珠的等效电路,是等效为电阻,电感,电容串并联的结构。通过上文讲到的磁珠的阻抗曲线,当频率比较低的时候,磁珠的阻抗主要由感抗来决定。磁珠就呈是感性器件,可以近似认为是一个电感,尽管磁珠的规格书中不会标识处磁珠的感量的数值,但通过阻抗曲线是可以近似等效。根据Xc=2*pi*f*L的感抗公式,利用阻抗和频率,就可以估算处对应频率处的感量,一般在几百nH左右。 再回头看磁珠和电容组成的滤波电路,尤其是低频的时候,磁珠是电感特性了,就组成了一个低通的LC滤波电路。至此就能理解为什么加磁珠后会增加后级电路纹波的原因。因此LC低通滤波电路是二阶振荡电路,会由一对共轭复极点。会再特定的频率处产生振荡。进一步看LC电路的频响曲线,在1.5MHz处会谐振。谐振频率f=1/2*pi*sqr(LC) 如果此时输入信号频率在谐振频率点附近的信号,那么这个LC电路就会把信号放大。理论上,谐振频率处的放大倍数(增益)是无穷大,但实际电路不会,电容有ESR,这时候会降低谐振峰值。假如前级Buck电源的开关频率是1.2MHz,输出的电压中肯定饱和1.2MHz的开关频率分量,此时再经过磁珠和电容组成的滤波电路,Buck输出电压中的1.2MHz开关噪声分量就会被迅速放大,从而超过后级电路的容忍范围。要解决这个问题也比较简单,只需要将磁珠和电容的谐振点和开关频率错开就可以了。所以上文提到的,磁珠不变,加大或减少电容可以改善纹波,就是因为电容变大或变小,改变了谐振频率。 因此在硬件电路中,发现电路前后级纹波异常变大,就要留心了,可能是器件选型不合理的,耐心分析,就能解决问题!
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