硬件设计4---什么是电感、磁珠？

时间：2018.2.5   作者：Tom   工作：HWE 说明：如需转载，请注明出处。

1.什么是电感？

百度百科介绍"电感器(Inductor)是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。电感器的结构类似于变压器，但只有一个绕组。电感器具有一定的电感，它只阻碍电流的变化。如果电感器在没有电流通过的状态下，电路接通时它将试图阻碍电流流过它；如果电感器在有电流通过的状态下，电路断开时它将试图维持电流不变。电感器又称扼流器、电抗器、动态电抗器。"

电感器的特性与电容器的特性正好相反，它具有阻止交流电通过而让直流电顺利通过的特性。

2.电感的三个作用

1）通直流、阻交流。Z=jwL，频率越高阻抗越大。

2）阻碍交流的变化，保持器件工作电流的稳定。

3）滤波。

3.电路设计常用电感及其应用要点

根据电感的应用场合，可将电感分为高频信号用电感、一般信号用电感、电源用电感。一般情况下我们从器件手册上可以得到电感的参数有：

3.1 高频信号用电感

高频信号用电感主要用在射频信号上，一般哦们用不到，这里就不再深入研究。

3.2 一般信号用电感

3.3 电源用电感

电感用于滤波时，要考虑直流压降，且额定电流需大于工作电流，一般情况下我们在设计DC/DC电路时，要计算一下电感值，计算公式如下：

一般来说DC/DC的输出需要电感LC虑除噪声，而LDO不需要电感的LC滤波。
Π型滤波电路，不仅可滤源端，也可以滤终端，使之不会相互影响。

4.什么是磁珠？

百度百科介绍"磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力。磁珠是用来吸收超高频信号，像一些RF电路，PLL，振荡电路，含超高频存储器电路（DDRSDRAM，RAMBUS等）都需要在电源输入部分加磁珠，而电感是一种蓄能元件，用在LC振荡电路，中低频的滤波电路等，其应用频率范围很少超过50MHZ。磁珠有很高的电阻率和磁导率，等效于电阻和电感串联，但电阻值和电感值都随频率变化。"。

1）磁珠，其实就是单匝的线圈，而电感是多匝的。有一匝以上的线圈习惯称为电感线圈，少于一匝（导线直通磁环）的线圈习惯称之为磁珠，其实磁珠就是单匝电感，因此电感量小，与其寄生电容的共振频率就高（在这个频率点上，阻抗最高），因而对高频的抑制作用就好。

2）磁珠，是能量消耗元件，可等效为一个电感和一个电阻串联，只是电阻和电感都随频率的增高而增大，低频时阻抗很小，信号可以通过，频率较高时，比如说外界的RF干扰，等效阻抗很大，射频干扰以热量的形式被消耗掉，达到EMC的目的，常用于信号线和电源线入口，抑制高频干扰和尖峰干扰；而电感是储能元件，多用于电源的滤波。

3）磁珠主要对付环境中的电磁辐射干扰；电感用来对付传导性干扰。

4）两者在电路中的符号虽然相同，但是单位却不同，磁珠的单位是欧姆，因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的，阻抗的单位也是欧姆。磁珠的 DATASHEET上一般会提供频率和阻抗的特性曲线图，一般以100MHz为标准，比如1000R@100MHz，意思就是在100MHz频率的时候磁珠的阻抗相当于1000欧姆；电感的单位是亨利(H)。

4.1磁珠的参数

现在用的最多的是铁氧体磁珠 (Ferrite Bead)。

以BLM15AG102SN1为例：阻抗1000ohm@100MHz，100MHz时的等效阻抗位1000欧姆；直流电阻DC Resistance (1.0 ohm)，直流阻抗1.0欧姆，表示对直流信号的衰减，越低越好；还可以发现一个现象：阻抗越大，其直流阻抗也越大，例如，BLM15AG100SN1100MHz阻抗仅为10ohm，直流阻抗为0.05ohm。额定电流Rated Current (200 mA)，允许通过的最大电流，因为铁氧体是磁性材料，会因通过电流过大而产生磁饱和，导磁率会急剧下降。这个参数的大小与阻抗成反比，即阻抗越大，额定电流越小，BLM15AG100SN1的额定电流为1000mA。

4.2磁珠的应用

磁珠的外形和电感相似，其主要功能是吸收电源、信号上的噪声的干扰。

1）电容滤波的基础是构建极低阻抗的通道，至于放多低的阻抗才能使单板上的绝大多数噪声通过该通道而流回地平面，需要进行大量复杂的电源完整性分析。

2）电感构成的低通滤波原理是将噪声予以反射，噪声仍然在电路中四处游串。电感一般用在几十MHz的，无法虑除某些特定的高频噪声。

电感和电容滤波并没有真正消灭滤波，只是改变了噪声传播的路径。但磁珠在一定频带内能反射噪声，在一定频带内还能吸收噪声并转换为热能。

3）在器件资料上，磁珠的参数一般都是在100MHz的阻抗值。转换点以下体现点感性，转换点以上体现电阻性。

4）所以选择的磁珠应满足：电路噪声的频带大于磁珠转换点的频率，使磁珠吸收噪声而不是反射噪声；电路信号的工作频带尽量小于磁珠转换点频率，以防有效信号被磁珠衰减。

5）对于串联了磁珠的线路，磁珠的转换点频率越低，线路震荡和波形失真就越小；反之则越大。磁珠的转换点频率和谐振频率不是一个概念。

5.磁珠与电感的区别

1、电感和磁珠都可以用于滤波，但是机理不一样。电感滤波是将电能转化为磁能，磁能将通过两种方式影响电路：一种方式是重新转换回电能，表现为噪声；一种方式是向外部辐射，表现为EMI（电磁干扰）。而磁珠是将电能转换为热能，不会对电路构成二次干扰。

2、电感在低频段滤波性能较好，但在50MHz以上的频段滤波性能较差；磁珠利用其电阻成分能充分地利用高频噪声，并将之转换为热能已达到彻底消除高频噪声的目的。

3、从EMC（电磁兼容）的层面说，由于磁珠能将高频噪声转换为热能，因此具有非常好的抗辐射功能，是常用的抗EMI器件，常用于用户接口信号线滤波、单板上高速时钟器件的电源滤波等。

4、电感和电容构成低通滤波器时，由于电感和电容都是储能器件，因此两者的配合可能产生自激；磁珠是耗能器件，与电容协同工作时，不会产生自激。

5、一般，电源用电感的额定电流相对较大，因此，电感常用于需要通过大电流的电源电路上，如用于电源模块滤波；而磁珠一般仅用于芯片级电源滤波（不过，目前市场上已经出现了大额定电流的磁珠）。

6、磁珠和电感都具有直流电阻，磁珠的直流电阻相对于同样滤波性能的电感更小一些，因此用于电源滤波时，磁珠上的压降更小。

另外要注意一些电感和磁珠的共同点：

1）额定电流。当电感的额定电流超过其额定电流时，电感值将迅速减小，但电感器件未必损坏；而磁珠的工作电流超过其额定电流时，将会对磁珠造成损伤。

2）直流电阻。用于电源线路时，线路上存在一定的电流，如果电感或磁珠本身的直流电阻较大，则会产生一定压降。因此选型中，都要求选择直流电阻小的器件。

3）频率特性曲线。电感和磁珠的厂家资料都附有器件频率特性曲线图。在选型中，需仔细参考这些曲线，以选择合适的器件。

应用时，注意其谐振频率。

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