了解铁氧体磁珠

　　珠子里有什么？

　　铁氧体磁珠的简单形式是穿过称为铁氧体的中空陶瓷材料插入的导线。

　　铁氧体的电磁特性允许材料影响流经导体的电流。这种影响的确切性质部分取决于铁氧体的类型（例如，锰锌与镍锌），并且特定铁氧体材料的性能可以通过制造工艺进一步细化。在许多表面贴装铁氧体磁珠中，导体形成线圈结构，单个绕组在铁氧体片之间分层。因此，电气特性还取决于绕组结构的细节。
　　铁氧体磁珠可分为两大类：高 Q（又名谐振）磁珠和低 Q（又名非谐振）磁珠。高 Q 值磁珠适用于需要高水平谐振的应用，例如振荡器和专用滤波器。然而，在电源滤波的背景下，我们需要尽量减少谐振（如本文后面所讨论的），因此高 Q 值磁珠被淘汰。在本文的其余部分，您可以假设任何提到铁氧体磁珠的地方都是指低 Q 磁珠。
　　它不是电感器，不是电容器，不是电阻器......

　　在我们尝试了解铁氧体磁珠时，我们可以先考虑一个一阶等效电路，然后将这个等效电路转换为阻抗与频率的通用图。

　　电感器位于中心，以提醒铁氧体磁珠的主要响应是电感，即阻抗随频率的增加而增加。然而，在某个时候（通常在 30 到 500 MHz 之间），并联电容开始主导电感，然后阻抗随频率的增加而降低。相对较小的并联电阻（例如大约 100 Ω）减少了与电容器和电感相关的谐振，因此阻抗在转换点趋于平稳，而不是以典型的高 Q 值方式达到峰值。下图中显示了 Wurth Electronics 制造的标准 SMD 铁氧体磁珠的测量阻抗特性，这种响应很明显：

　　黑线表示总阻抗，该阻抗（尽管未显示在图中）从 R 开始系列，也称为磁珠的直流电阻。然后，它在感应频率范围内线性增加，在 300 MHz 时趋于平稳，然后开始下降，在 1.1 GHz 处趋于平稳。
　　红色和蓝色虚线表示总阻抗是两个不同元素的结果，即感抗 （XL） 和频率相关电阻 （R）。这就引出了一个重要的点：上面给出的等效电路旨在复制磁珠的频率响应，它不传达磁珠的内部结构。等效模型有助于理解铁氧体磁珠的阻抗如何随频率变化以及执行仿真，但决定元件阻抗特性的主要因素是铁氧体材料本身。理解这一点很重要，因为等效电路可能会分散您对铁氧体磁珠的一个定义特性的注意力：它们实际上会耗散高频能量。
　　噪音输入，热量输出
　　回想一下，理想的电感器和电容器不会耗散任何能量;它们仅将能量存储在磁场（电感器）或电场（电容器）中。另一方面，电阻器从电路中吸收能量并将其作为热量消散。与电感器不同，铁氧体磁珠在高频下故意保持电阻。这就是为什么上图中有标记为“R”的红色虚线——从大约 100 MHz 到 1 GHz，磁珠表现出明显的电阻阻抗，而不是无功阻抗。实际上，一些铁氧体磁珠和铁氧体磁芯电感在结构上几乎相同，只是铁氧体磁珠使用更“有损”的铁氧体材料，因为制造商希望磁珠耗散而不是存储高频能量。
　　但为什么要费力地强调这一点呢？我们费苦思索有两个原因。首先，除非你充分思考了电感器和磁珠之间的基本区别，否则你无法真正理解铁氧体磁珠。其次，这种“有损”特性使铁氧体磁珠特别适合于噪声抑制。为什么？当存储在电感中的高频噪声能量与电路中其他位置的电容相互作用时，电感会导致谐振和振铃。正如我们在前面的文章中所看到的，即使我们只处理寄生电感，振铃也会成为严重的问题。我们不想加剧谐振/振铃情况，因此我们选择了铁氧体磁珠而不是电感器。
　　谨慎选择

　　限度地发挥铁氧体磁珠的噪声抑制优势的关键是确保目标噪声频率落在磁珠的电阻带内，即电阻阻抗主导电抗阻抗的频率响应部分。这意味着您不能简单地查看目录或数据表中列出的主要规格。例如，假设您预计由于微处理器时钟信号，在 100 MHz 处会出现噪声尖峰。Digi-Key 对上述 Wurth 零件的描述如下：

在规格中，您会看到：

　　根据此信息，您可以假设磁珠的电阻频带包括 100 MHz。在这种情况下，您是对的——如频率响应图所示，这个特定的磁珠在大约 80 MHz 时进入其电阻状态。

　　然而，在 100 MHz 时仍然存在显着的感抗，显然，磁珠将在 300 MHz 左右的噪声频率下提供性能。

　　现在，假设您正在考虑 TDK 的零件编号 MMZ1608D121CTAH0。描述和阻抗规格如下：

　　如果您再次假设磁珠在 100 MHz 时主要是电阻，遇到了一些麻烦：

　　该图显示 100 MHz 仍然非常在磁珠阻抗曲线的电感部分内。根据曲线开始趋于平稳的点，电阻频带从大约 500 MHz 开始，磁珠直到 700 MHz 才达到其噪声频率点。因此，如果选择这种磁珠，不仅在目标噪声频率下阻抗较低，而且阻抗类型（即无功）可能会使您的电路更容易受到电源线上的振铃甚至严重振荡的影响。