簡(jiǎn)介
過(guò)濾高頻電源噪聲并干凈地分享相似電源供電軌（即混合信號(hào)IC 的模擬和數(shù)字供電軌），同時(shí)在共享的供電軌之間保持高頻隔離的一種有效方法是使用鐵氧體磁珠。鐵氧體磁珠是無(wú)源器件，可在寬頻率范圍內(nèi)過(guò)濾高頻噪聲。它在目標(biāo)頻率范圍內(nèi)具有電阻特性，并以熱量的形式耗散噪聲能量。鐵氧體磁珠與供電軌串聯(lián)，而磁珠的兩側(cè)常與電容一起接地。這樣便形成了一個(gè)低通濾波器網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步降低高頻電源噪聲。
然而，若系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)鐵氧體磁珠使用不當(dāng)，則會(huì)產(chǎn)生不利影響。有一些例子可以說(shuō)明：由于磁珠和去耦電容搭配用于低通濾波而導(dǎo)致產(chǎn)生干擾諧振；直流偏置電流的依賴性導(dǎo)致磁珠的EMI 抑制能力下降。正確理解并充分考慮鐵氧體磁珠的特性后，這些問(wèn)題是可以避免的。
本文討論系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在電源系統(tǒng)中使用鐵氧體磁珠時(shí)的注意事項(xiàng)，比如直流偏置電流變化時(shí)的阻抗與頻率特性，以及干擾LC 諧振效應(yīng)。zui后，為了解決干擾諧振問(wèn)題，介紹了阻尼技術(shù)，并比較了各項(xiàng)阻尼方法的有效性。為演示鐵氧體磁珠作為輸出濾波器影響而采用的器件是一款2 A/1.2 A DC-DC 開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器，具有獨(dú)立的正輸出和負(fù)輸出(ADP5071)。文中所用的鐵氧體磁珠主要采用芯片類型表貼封裝。
鐵氧體磁珠簡(jiǎn)化模型與仿真
鐵氧體磁珠能夠建模為一個(gè)由電阻、電感和電容組成的簡(jiǎn)化電路，如圖 1a 所示。RDC對(duì)應(yīng)磁珠的直流電阻。CPAR、LBEAD和 RAC分別表示寄生電容、磁珠電感和與磁珠有關(guān)的交流電阻（交流磁芯損耗）。
鐵氧體磁珠可依據(jù)三個(gè)響應(yīng)區(qū)域分類：感性、阻性和容性。查看 ZRX 曲線便可確定這些區(qū)域（如圖 1b 所示），其中 Z 表示阻抗、R 表示電阻、X 表示磁珠的電抗。為了降低高頻噪聲，磁珠必須處于阻性區(qū)域內(nèi)；電磁干擾 (EMI) 濾波應(yīng)用尤其需注意這一點(diǎn)。該元件用作電阻，可阻止高頻噪聲并以熱量的形式耗散。阻性區(qū)域出現(xiàn)在磁珠交越頻率 (X = R) 之后，直至磁珠變?yōu)槿菪缘哪且稽c(diǎn)為止。此容性點(diǎn)位置為容性電抗 (–X) 值等于R 的頻率處。
某些情況下，簡(jiǎn)化電路模型可用來(lái)近似計(jì)算鐵氧體磁珠高達(dá)sub-GHz 范圍的阻抗特性。
磁珠
圖 1. (a) 簡(jiǎn)化電路模型 (b) 采用 Tyco Electronics BMB2A1000LN2 測(cè)量的 ZRX 曲線
本文以 Tyco Electronics BMB2A1000LN2 多層鐵氧體磁珠為例。圖 1b 顯示了在零直流偏置電流條件下使用阻抗分析儀測(cè)得的BMB2A1000LN2 ZRX 響應(yīng)。在測(cè)得的 ZRX 曲線上，磁珠表現(xiàn)出zui大感性特性特性（Z ≈ XL；LBEAD）的區(qū)域中，該磁珠的電感可根據(jù)下列公式計(jì)算：
其中：
磁珠
f 是區(qū)域內(nèi)磁珠表現(xiàn)為感性的任意頻率點(diǎn)。本例中，f = 30.7 MHz。XL是 30.7 MHz 時(shí)的電抗，數(shù)值為 233 ?。
在磁珠表現(xiàn)出zui大容性特性（Z ≈ |XC|；CPAR）的區(qū)域中，寄生電容可根據(jù)下列公式計(jì)算：
磁珠
其中：
f 是區(qū)域內(nèi)磁珠表現(xiàn)為容性的任意頻率點(diǎn)。本例中，f = 803 MHz|XC|是 803 MHz 時(shí)的電抗，數(shù)值為 118.1 Ω。由公式 2 得出的寄生電容值 (CPAR) 等于 1.678 pF。
根據(jù)制造商的數(shù)據(jù)手冊(cè)，直流電阻 (RDC) 等于 300 m?。交流電阻 (RAC) 是磁珠表現(xiàn)為純阻性時(shí)的峰值阻抗。從 Z 中減去 RDC即可得出 RAC。由于相比峰值阻抗，RDC極小，因而可以忽略。因此，本例中 RAC等于 1.082 k?。使用ADIsimPE 電路仿真工具（由 SIMetrix/SIMPLIS 供電）生成阻抗與頻率響應(yīng)的關(guān)系。圖2a 顯示了電路仿真模型，并提供計(jì)算值；圖 2b 顯示了實(shí)際測(cè)量結(jié)果以及仿真結(jié)果。本例中，從電路仿真模型得出的阻抗曲線與測(cè)量曲線嚴(yán)格匹配。
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