大家好，我是硬件微講堂。這是在電子星球的第7篇原創(chuàng)文章。

       前兩天有小伙伴在微信群里問道“磁珠的干擾回路在哪里？”，解釋了一通，好像還是不理解。我之前在面試中也問過類似磁珠選型的問題，面試小伙也沒有回答到點(diǎn)上。那我覺得有必要好好聊一聊磁珠。

I、一個面試題

       照例還是先拋出一道面試題：磁珠是如何抑制干擾信號的？或者說：磁珠是如何濾除噪聲的？先給自己10秒鐘，思考下自己的答案。

II、磁珠的等效模型

       與共模電感不同，共模電感主要用于中低頻段，特別是電源網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用較多。而磁珠應(yīng)用較為廣泛，中低頻和高頻都有使用，在信號線和電源線上都會經(jīng)常用到。

       關(guān)于磁珠的材料，鐵氧體，網(wǎng)上資料很多，這里不做介紹。這里重點(diǎn)介紹下磁珠的等效模型，如下圖所示，是L1//C1//R1再和R2串聯(lián)的模型。該模型是從TDK官網(wǎng)磁珠的規(guī)格書中提取的。其中，R2是磁珠的直流阻抗Rdc，這個值通常很小，mΩ級。L1是磁珠的電感，R1是磁珠的交流阻抗Rac(磁芯交流損耗)、C1是磁珠的寄生電容，它們都是頻率f的函數(shù)，數(shù)值會隨著f變化而變化。

       結(jié)合該等效模型，我們可以更方便的理解磁珠的作用。

1）在低頻時，感抗L1其主要作用。此時R1(Rac)和C1被L1"短路"，Rdc又非常小，因此表現(xiàn)為較低阻抗；

2）在中高頻(幾MHz~幾百M(fèi)Hz)時，交流阻抗R1(Rac)其主要作用，該阻抗遠(yuǎn)大于Rdc。此時電感的感抗jwL和電容的容抗1/jwC相互抑制，電抗呈減小趨勢，甚至在某一頻率下，電抗減小為0，磁珠表現(xiàn)為較高阻抗。

3）在甚高頻(GHz)時，此時已超出磁珠的自諧振頻率，磁珠表現(xiàn)為容性，總阻抗為迅速下降。

       可能你會感覺上面的描述可能有些虛無縹緲。那本著有理有據(jù)，清晰明確的原則，我就以TDK官網(wǎng)上的磁珠阻抗頻率特性曲線為例，展開說明。

       下圖為MPZ1005S121CT000的Z-R-X阻抗頻率特性曲線，也是磁珠非常關(guān)鍵的3條曲線。橫軸為頻率f(Hz)，縱軸為阻抗(歐姆)。紅色曲線為磁珠阻抗|Z|，紫色為交流阻抗Rac(由于Rdc很小，暫且忽略Rdc)，橙色為電抗X(L//C)?？梢韵葒L試?yán)斫庀逻@3條曲線，下面我們看看幾種答案。

III、30分的答案是這樣…

       磁珠主要是通過內(nèi)部電感和電路中的電容形成LC濾波，把干擾信號濾除掉。

       二火點(diǎn)評：這個答案沒有回答到問題關(guān)鍵點(diǎn)上，可以說其對磁珠的工作原理并懂，只是簡單理解為跟電感差不多。之所以給30分，而不是0分，是因?yàn)樵诘皖l條件下，磁珠確實(shí)呈感性，用于反射噪聲。但我們用磁珠，通用用于中高頻環(huán)境條件下，這個關(guān)鍵點(diǎn)沒有回答出來。

IV、60分的答案是這樣…

       磁珠是個能耗型器件，主要是通過轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉干擾信號。

       二火點(diǎn)評：這個答案可以說是言簡意賅，一個字都不多余。說明答題者了解磁珠的工作原理，但只能算及格。通常我們?yōu)榱俗屆嬖嚬俑嗟牧私庾约旱膶?shí)力，必要的展開是常用手段。但這里并沒有展開。

V、80分的答案是這樣…

       磁珠的阻抗頻率曲線上有個轉(zhuǎn)折頻率f1。當(dāng)頻率f<轉(zhuǎn)折頻率f1時，磁珠主要呈感性，主要是反射噪聲；當(dāng)頻率f>轉(zhuǎn)折頻率f1時，磁珠表現(xiàn)為高阻抗，主要是把吸收的噪聲轉(zhuǎn)化為熱耗再發(fā)散掉。而我們使用磁珠時，主要是應(yīng)用在中高頻(幾十MHz~幾百M(fèi)Hz)，這些都大于轉(zhuǎn)折頻率f1，所以磁珠抑制干擾信號的方式主要是將吸收的噪聲轉(zhuǎn)化為熱能再發(fā)散出去。因此磁珠還被稱為是“能量消耗型器件”。

      二火點(diǎn)評：這個答案是不是比上面的那個要清晰很多呢？不僅體現(xiàn)答題者對磁珠的理解，更展現(xiàn)出對磁珠深層次工作原理的理解。

      結(jié)合上面給出的曲線和轉(zhuǎn)折頻率，我們具體對該阻抗頻率曲線做下解析。

區(qū)域（1）：上圖第一個箭頭左側(cè)區(qū)域，該區(qū)域電感起主要作用。

       左側(cè)第一個箭頭，是Rac曲線和X曲線的交叉點(diǎn)，該頻點(diǎn)為轉(zhuǎn)折頻率f1。f1左側(cè)區(qū)域主要是低頻區(qū)域，磁珠呈感性，且電抗X大于電阻Rac，此時X起主要作用，主要表現(xiàn)為感性。

區(qū)域（2）：上圖中間兩條虛線中間區(qū)域，該區(qū)域電阻起主要作用。

       第一個箭頭右側(cè)區(qū)域，此時Rac>X，Rac起主要作用。同時由于電感的感抗jwL和電容的容抗1/jwC相互抑制，電抗X在逐漸減小。在第二個箭頭處，X=0，即感抗和容抗完全抵消。該頻點(diǎn)是磁珠的自諧振頻率f0，此時磁珠表現(xiàn)為純阻性，|Z|=Rac。

       在第二個箭頭右側(cè)區(qū)域，X表現(xiàn)為負(fù)值，磁珠呈容性。但是由于Rac仍遠(yuǎn)大于X，此時電阻仍起主要作用。

       這兩條虛線中間區(qū)域，是中高頻區(qū)域，磁珠分別依次呈現(xiàn)感性、阻性、容性。但不論呈哪種特性，都是電阻Rac起主要作用，誰讓Rac最大呢！所以這部分是帶阻區(qū)域。至于第二條虛線的具體位置，這里未做具體界定，因?yàn)椴煌拇胖樽杩瓜陆邓俾什煌?/p>

       在中高頻的帶阻區(qū)域內(nèi)，磁珠呈高阻抗，此時吸收的高頻干擾信號(噪聲)都以熱量形式消耗并散發(fā)出去。所以，磁珠又被稱為“能量消耗型器件”，（而電感是“儲能型器件”）。

區(qū)域（3）：第二條虛線右側(cè)區(qū)域，阻抗迅速下降，磁珠呈容性。

       該區(qū)域已經(jīng)是甚高頻區(qū)域，磁珠其原有的作用已大打折扣。在實(shí)際使用中，如非特殊場景下，盡量避免磁珠工作在該區(qū)域內(nèi)。      

VI、90分的答案是這樣…

      磁珠的材料是鐵氧體，鐵氧體有個特性是高頻損耗非常大，所以磁珠是個能量消耗型器件，可以用于電源線和信號線上的噪聲干擾抑制，吸收高頻干擾效果尤為顯著。

      磁珠的阻抗頻率曲線上有個轉(zhuǎn)折頻率f1，當(dāng)頻率f<轉(zhuǎn)折頻率f1時，磁珠主要呈感性，主要是反射噪聲；當(dāng)頻率f>轉(zhuǎn)折頻率f1時，磁珠表現(xiàn)為高阻抗，主要是把吸收的噪聲轉(zhuǎn)化為熱耗再發(fā)散掉。我們使用磁珠主要是應(yīng)用在中高頻，這些都大于轉(zhuǎn)折頻率f1，所以磁珠抑制干擾信號的方式主要是將吸收的噪聲轉(zhuǎn)化為熱能再發(fā)散出去。

       像那種阻抗頻率曲線比較平坦的磁珠，在整個中高頻段都表現(xiàn)出比較高的阻抗，這種適用于電源線。而那種阻抗頻率曲線比較陡峭的磁珠，這種是對特定頻段內(nèi)的干擾衰減較大，對該頻段以外的信號則影響較小，這種磁珠適用于信號線上使用。

       二火點(diǎn)評：這個答案不僅說出了磁珠的工作原理，還提到了電源線和信號線上磁珠選型的區(qū)別。這就涉及到了磁珠的選型問題，說明答題者對磁珠這部分的知識儲備比較充足。

       既然上面提到了電源線和信號線上所用磁珠的區(qū)別，我們再看下TDK磁珠(MMZ0603D121CT000)的阻抗頻率曲線，如下圖所示。該磁珠在400MHz~1GHz頻段內(nèi)曲線陡峭，阻抗較高，其余頻段阻抗明顯降低。這顆磁珠適用于信號線上的高頻干擾抑制。對比前面那顆磁珠的曲線，前面那顆磁珠的阻抗曲線在5MHz~1GHz范圍都內(nèi)比較平緩，則適用于電源線上。

       結(jié)合前面提到的轉(zhuǎn)折頻率，我們在選用磁珠時要注意，要讓干擾噪聲的頻帶大于轉(zhuǎn)折頻率f1，同時電路中有效信號的頻帶要小于轉(zhuǎn)折頻率f1。這樣便于磁珠吸收消耗干擾噪聲，同時有效信號又不至于被磁珠所消耗導(dǎo)致幅度衰減。

       我把TDK的兩顆磁珠的Datasheet鏈接放在這里，可自行查閱哈。

       1）MPZ1608B471ATA00的Datasheet官網(wǎng)鏈接：https://product.tdk.com.cn/zh/search/emc/emc/beads/info?part_no=MPZ1608B471ATA00

       2）MMZ0603D121CT000的Datasheet官網(wǎng)鏈接：https://product.tdk.com.cn/zh/search/emc/emc/beads/info?part_no=MMZ0603D121CT000

      怎么樣？一個簡短的問題，給出的回答可淺可深，就看你對這個知識點(diǎn)的理解達(dá)到怎樣的程度。你學(xué)廢了么？

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