磁珠在電源線上的應(yīng)用

磁珠，一般可以分為高Q磁珠(用于信號線上)和低Q磁珠(用于電源線上)[1]。

今天的文章，主要關(guān)注點在低Q磁珠，即磁珠在電源線上的應(yīng)用。磁珠在電源線上時，主要通過將噪聲能量通過熱量給耗散掉，這是非常理想的一種濾波方式。就像射頻上的濾波器或者開關(guān)時，吸收式的對整個鏈路的特性肯定要優(yōu)于反射式的。

磁珠的特性

(1) 頻率阻抗曲線[2]

由頻率阻抗曲線可知，磁珠會有三種響應(yīng)區(qū)域:

X>R磁珠呈現(xiàn)感性

X=R磁珠開始呈現(xiàn)阻性

R=-X 磁珠開始呈現(xiàn)容性

使用過程中，需要使得需要濾波的頻率處在磁珠的阻性區(qū)域，而且應(yīng)該是感性相對比較小的區(qū)域。

上圖是一個磁珠的Impedance VSfrequency(MHz)的圖。現(xiàn)在，想濾除一個100MHz的噪聲，這個磁珠合適么？其實是不合適的，雖然這款磁珠在80MHz左右，R=X，開始呈現(xiàn)阻性，但是在100MHz左右的時候，其實還是有比較大的感性，用在電源線上濾波的時候，可能會產(chǎn)生振蕩。這款磁珠，其實是最優(yōu)的噪聲抑制性能，在300MHz左右。

(2)直流偏置電流(DC biascurrent consideration)對磁珠性能的影響

上圖是村田給的直流偏置電流對阻抗的影響圖[3]，可以看到，隨著電流的增加，阻抗開始減小。器件手冊上給出的rated current是指給定溫升下，磁珠所能通過的最大電流，而非指在該電流下，磁珠仍然能保持在零直流偏置下的阻抗。

為了能夠有效地進(jìn)行電源濾波，對磁珠進(jìn)行20%的rated current降額設(shè)計，是比較靠譜的選擇。

(3) LC諧振效應(yīng)

在電源線上，一般都是Rs很小，RL比較大的情況。取一個極端情況，RS=0，RL=無窮大。進(jìn)行簡單推算，如下圖。

所以這種振蕩發(fā)生的可能性還是比較大的。

對LC串聯(lián)電路，進(jìn)行仿真，增益響應(yīng)曲線如下圖所示，可以看到在3MHz的時候，有凸起，且大約為11dB左右。

對上述電路進(jìn)行時域仿真，分別輸入10KHz和3.3MHz的正弦信號，仿真結(jié)果如下圖所示。

可以看到，在10KHz正弦輸入時，輸入和輸出信號基本一致，但是當(dāng)輸入頻率增加到3.3MHz正弦輸入(對應(yīng)凸起的頻點)時，輸出信號幅度約為輸入信號幅度的4倍。

所以，如果電路設(shè)計不合適的話，濾波電路反而變成放大電路了。

那碰到這種LC振蕩，該怎么解決呢？

可以通過加大后級的電容[1]。

將電路修改如下[4]：

(4)直流電阻

選擇磁珠時，要關(guān)注其直流電阻的大小。如果被供電的器件(特別是數(shù)字器件)，偶爾會有大電流。比如說選了一個直流電阻為0.7ohm的磁珠，被供電器件的要求電壓為1.1V，偶爾芯片會消耗400mA電流，則此時經(jīng)過磁珠后能給芯片的電壓降到了0.82V，這可能會使芯片工作不正常。而且，由于大電流為瞬態(tài)發(fā)生，你就很難觀察到這個現(xiàn)象。

其他

除了以上需注意的磁珠特性外，磁珠使用時，還有一點需要注意。

有一些數(shù)字器件，在工作時，電流是變化的。

有些磁珠和鐵氧體磁芯的電感，在構(gòu)造上基本是相同的，除了磁珠采用的是損耗更大的鐵氧體磁芯。

因此，磁珠和電感一樣，是抑制電流的快速變化的。

所以需要在磁珠的下游端(即被供電的芯片端)加一電容到地，要不，芯片可能會不正常工作【5】。

比如，輸入信號均為3V的直流電壓，負(fù)載為一周期變化的電流源，對磁珠后面接一電容到地以及磁珠后面無電容接地的兩種情況進(jìn)行仿真。

由仿真結(jié)果可知，在電流變化過程中，左圖的電壓基本保持不變，但是右圖的電壓則變得非常不合理了。

所以，使用磁珠時，在使用條件已知的情況下，可以借助仿真軟件仿真一下，以減少犯錯的可能性。

審核編輯：郭婷