磁珠后端纹波增加原因分析.doc

串接磁珠噪声增加原因分析在我们测试部分板卡的器件电源引脚串接的磁珠前后两端纹波及噪声 时，会发现在少部分电路中，器件电源处串接磁珠后反而会增加噪声成分 或噪声幅度，这是什么原因导致的呢？我总结的看了一遍之前73系列与前几天测试的85主板，发现产生这 种现象的电路都不是高速电路或模块，而是发生在一些低频电路或模块（如85的音频ADC部分，73的开门狗部分，RTC部分等），这就排除了因高速器件工作带来的高频噪声，使用示波器测试发现磁珠后端会比前段新增 加了频率不是较高的一些新的噪声，而磁珠前端原始的噪声在后端噪声中 幅度及频率基本没有变化，磁珠前端输入处的原始噪声没有滤除很有可能 是噪声频率低，高频磁珠对其抑制效果不明显，那么磁珠后端新增的噪声 成分是哪里产生的呢？在分析磁珠增加了噪声之前我们先了解一下磁珠的 基本构造及特性磁珠的主要原料为铁氧体，铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料铁氧体材料为铁镁合金或铁竦合金这种材料的特点是高频损耗非常 大，具有很高的导磁率，对于抑制电磁干扰用的铁氧体，最重要的性能参 数为磁导率H和饱和磁通密度Bso其等效电路为由电感L和电阻R组成的 串联电路，L和R都是频率的函数。

不同的铁氧体抑制元件，有不同的最 佳抑制频率范围，通常磁导率越高，抑制的频率就越低，此外，铁氧体的 体积越大，抑制效果越好，在体积一定时，长而细的形状比短而粗的抑制 效果好，内径越小抑制效果也越好，但在有直流或交流偏流的情况下，还 存在铁氧体饱和的问题，抑制元件横截面越大，越不容易饱和，可承受的 偏流越大当降磁珠接入到电路中时，所构成的电感阻抗在频率特性上是随着频 率的升高而增加，但是在不同频率时其机理是完全不同的当在低频段， 阻抗由电感的感抗构成，低频时R很小，磁芯的磁导率较高，因此电感量 较大，L起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制，并且这时磁芯的损耗较 小，整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感，这种电感容易造成谐振， 因此在低频段，可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象LC电路谐振 的条件为X Xl=>-^—= jcoL^> f = — =―」,因此当电路中电感值L增大时,对应的谐振频率,/、便变小,因此在低频电路中就可能发生谐振现象:电感Q值定 义为:指电感器在某一频率的交流电压下工作时,所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比,V即Q = 0在低频时,R较小,而L较大,故低频时电感的Q值比较高。

电感器的Q值Zr越高,其损耗越小,效率越高；同时,Q值高,说明谐振时,能量损失越小,则器件越 容易维持谐振状态）根据我们板卡上的实际应用情况为：器件电源引脚处串接的磁珠前后 两端均接有滤波电容，因此很有可能会发生串联谐振讨论谐振的前提是通 过信号为交流信号,对于交流信号,磁珠后端的滤波电容提供了到地回流通路,即交 流电流通过磁珠里面的等效电感L及磁珠后端的电容C到地,L、C形成串联的形式, 故构成的电路产生的谐振为串联谐振）同时，板卡上出现磁珠后端噪声增加的 地方大都是板卡低频工作模块，因此，很有可能出现器件周围的低频噪声 刚好位于磁珠里面的等效电感的谐振频率点周围，耦合了此频率的电源进 入器件电源引脚处串接的磁珠时与磁珠后端的电容发生了串联谐振现象， 带来新的噪声，LC电路谐振的原理为：L、C串联电路中，由于L与C的 电流与电压相位刚好相反，因此会出现电感放电，电容充电；电容放电， 电感充电的情况，此过程不停的循环往返，形成谐振同时由于电路工作 在低频交流信号下，L的Q值高，能量损失小，故谐振很容易长时间为持 续下去正如前面所说的电路L、C之间不断相互充电与放电，在L、C之 间就会重复出现往返电流，产生电流纹波，在L、C之间即器件电源引脚处 产生新的噪声，新的噪声的频率就等于L或者C的充放电频率，（谐振时, L、C的充放电频率是一致的）。

根据我们一般选择的电容为uF级，电感 也为uH级，故所需的谐振频率一般在1〜10MHz范围内，L、C充放电的频 率在lOOKHz到1MHz之间，故会出现前面提及到的“磁珠后端增加了一些 频率不是很高的新的噪声” O电路发生谐振时，有可能造成如下危害：1、 串联谐振时，电路的电抗最好，流经其间的电流最大，当器件 的工作电流较大时，有可能会出现烧坏L, C器件的现象；2、 串联谐振时，电感L不停的充放电，电感L中的电流方向不断变化，电感就会向外发射屯磁波，使设备不符合EMC规范只要明白了电路产生谐振的原因，要消除电路的谐振问题也就不困难T,只要改变L或者C中一个期间的参数就可消除电路的谐振现象下图是MB8504F板卡上的实际测试结果:（插入图片2：原始磁珠前后两端噪声对比，修改之后俩磁珠后端噪声对比：）建议：对于我们在设计板卡原理图时，最好低频电路与高频电路中器 件的电源处串接特性不同的磁珠在低频电路中，噪声的频率一般不高，磁珠选型存在两个问题：磁珠 等效电感太大，LC电路谐振频率降低，低通滤波效果较好，但谐振频率低, 容易产生谐振现象，带来新的噪声；磁珠等效电感太小：LC电路谐振频率 升高，不易产生谐振现象，但电路低通滤波效果不明显。

在高速电路中，噪声频率较高，可适当选用等效电感大，谐振频率低 的高频磁珠。