EMC的磁珠到底是什么特性？

　　偶然看了两篇有关磁珠的博文，这两篇博文都是讲磁珠的。其中一篇是讲磁珠与电感的区别，另一篇讲磁珠其实就是一电阻特性，其实这样的说法都是不准确的。

　　磁珠（Ferrite bead）的等效电路是一个DCR电阻串联一个电感并联一个电容和一个电阻。DCR是一个恒定值，但后面三个元件都是频率的函数，也就是说它们的感抗、容抗和阻抗会随着频率的变化而变化，当然它们阻值、感值和容值都非常小。

　　从等效电路中可以看到，当频率低于fL（LC谐振频率）时，磁珠呈现电感特性；当频率等于fL时，磁珠是一个纯电阻，此时磁珠的阻抗（impedance）；当频率高于谐振频率点fL时，磁珠则呈现电容特性。EMI选用磁珠的原则就是磁珠的阻抗在EMI噪声频率处。比如如果EMI噪声的值在200MHz,那你选择的时候就要看磁珠的特性曲线，其阻抗的值应该在200MHz左右。

　　图1是一个磁珠的实际特性曲线图。大家可以看到这个磁珠的峰值点出现在1GHz左右，在峰点时，阻抗（Z）曲线的值与电阻（R）的相等。也就是说这个磁珠在1GHz时，是个纯电阻，而且阻抗值。

图1:磁珠的实际特性曲线图。

　　前面简单介绍了EMI磁珠的基本特性曲线。从磁珠的阻抗曲线来看，其实它的特性就是可以用来做高频信号滤波器。需要注意的是，通常大家看到的厂家提供的磁珠阻抗曲线，都是在无偏置电流情况下测试得到的曲线。

　　但大部分磁珠通常被放在电源线上用来滤除电源的EMI噪声。在有偏置电流的情况下，磁珠的特性会发生一些变化。图2是某个0805尺寸500mA的磁珠在不同的偏置电流下的阻抗曲线。大家可以看到，随着电流的增加，磁珠的峰值阻抗会变小，同时阻抗峰值点的频率也会变高。

图2:0805尺寸500mA的磁珠在不同的偏置电流下的阻抗曲线。

　　在进一步阐述磁珠的特性之前，让我们先来看一下磁珠的主要特性指标的定义：

　　Z（阻抗，impedance ohm）：磁珠等下电路中所有元件的阻抗之和，它是频率的函数。通常大家都用磁珠在100MHz时的阻抗值作为磁珠阻抗值。

　　DCR（ohm）： 磁珠导体的直流电阻。

　　额定电流：当磁珠安装于印刷线路板并加入恒定电流，自身温升由室温上升40C时的电流值。

　　那么EMI磁珠有成千上万种，阻抗曲线也各不相同，我们应该如何根据我们的实际应用选择合适的磁珠呢？让我们首先来看一下阻抗值同为600ohm@100MHz但尺寸大小不同的磁珠在不同偏置电流和工作频率下的特性。

　　表1是四个不同大小的磁珠分别工作在0A,100mA偏置电流及在100MHz、500MHz和1GHz工作频率下的阻抗值。

表1:不同大小磁珠在不同偏置电流和工作频率下的特性。

　　从测试数据中可以看出，1206尺寸的磁珠在低频100MHz工作时，其阻抗值仅从0A下的600ohm减小到100mA偏置电流下的550ohm,而0402尺寸的磁珠阻抗值却从0A下的600ohm大幅减小为175ohm.由此看来，在低频大偏置电流应用的情况下，应该选择大尺寸的磁珠，其阻抗特性会更好一些。

　　让我们来看一下磁珠在高频工作时的情形。1206尺寸的磁珠其1GHz下的阻抗从100MHz下的600ohm大幅减小为105ohm,而0402尺寸的磁珠其1GHz下的阻抗则只由100MHz下的600ohm小幅减小为399ohm.这也就是说，在低频大偏置电流的情况下，我们应该选择较大尺寸的磁珠，而在高频应用中，我们应该尽量选择小尺寸的磁珠。

　　让我们再来看一下两个不同曲线特征的磁珠A和磁珠B应用于信号线时的情况（图3）。磁珠A和磁珠B的阻抗峰值都在100MHz和200MHz之间，但磁珠A阻抗频率曲线比较平坦，磁珠B则比较陡峭。

图3:两个不同曲线特征的磁珠A和磁珠B应用于信号线时的情况。

　　我们将两个磁珠分别放在20MHz的信号线上，看看对信号输出会产生什么样的影响（图4）。

图4:将两个磁珠分别放在20MHz的信号线上。

　　用示波器分别测量磁珠输出端的波形图（图5），从输出波形来看，磁珠B的输出波形失真要明显小于磁珠A.原因是磁珠B的阻抗频率波形比较陡峭，其阻抗在200MHz时较高，只对200MHz附近的信号的衰减较大，但对频谱很宽的方波波形影响较小。而磁珠A的阻抗频率特性比较平坦，其对信号的衰减频谱也比较宽，因此对方波的波形影响也较大。

图5:磁珠输出端的波形图。

　　上述三种情况对应的EMI测试结果显示，磁珠A和磁珠B都会对EMI噪声产生很大的衰减。磁珠A在整个EMI频谱范围内的衰减要稍好于磁珠B.

　　因此，在具体选用磁珠时，阻抗频率特性平坦型的磁珠A比较适合应用于电源线，而频率特性比较陡峭的磁珠B则较适合应用于信号线。磁珠B在应用于信号线时，可以在尽量保持信号完整性的情况下，尽可能只对EMI频率附近的噪声产生的衰减。