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人类高质量硬件工程师，关于磁珠是如何抑制干扰，你晓得么？

硬件微讲堂

1年前浏览871

前两天关于共模电感的文章发出后，有小伙伴问道“磁珠的干扰回路在哪里？”，解释了一通，好像还是不理解。我之前在面试中也问过类似磁珠选型的问题，面试小伙也没有回答到点上。那我觉得有必要好好聊一聊磁珠。

一个面试题

照例还是先抛出一道面试题：磁珠是如何抑制干扰信号的？或者说：磁珠是如何滤除噪声的？先给自己10秒钟，思考下自己的答案。

磁珠的等效模型

与前面共模电感不同，共模电感主要用于中低频段，特别是电源网络上应用较多。而磁珠应用较为广泛，中低频和高频都有使用，在信号线和电源线上都会经常用到。

关于磁珠的材料，铁氧体，网上资料很多，这里不做介绍。这里重点介绍下磁珠的等效模型，如下图所示，是L1//C1//R1再和R2串联的模型。该模型是从TDK官网磁珠的规格书中提取的。其中，R2是磁珠的直流阻抗Rdc，这个值通常很小，mΩ级。L1是磁珠的电感，R1是磁珠的交流阻抗Rac(磁芯交流损耗)、C1是磁珠的寄生电容，它们都是频率f的函数，数值会随着f变化而变化。

结合该等效模型，我们可以更方便的理解磁珠的作用。

1）在低频时，感抗L1其主要作用。此时R1(Rac)和C1被L1"短路"，Rdc又非常小，因此表现为较低阻抗；

2）在中高频(几MHz~几百MHz)时，交流阻抗R1(Rac)其主要作用，该阻抗远大于Rdc。此时电感的感抗jwL和电容的容抗1/jwC相互抑制，电抗呈减小趋势，甚至在某一频率下，电抗减小为0，磁珠表现为较高阻抗。

3）在甚高频(GHz)时，此时已超出磁珠的自谐振频率，磁珠表现为容性，总阻抗为迅速下降。

可能你会感觉上面的描述可能有些虚无缥缈。那本着有理有据，清晰明确的原则，我就以TDK官网上的磁珠阻抗频率特性曲线为例，展开说明。

下图为MPZ1005S121CT000的Z-R-X阻抗频率特性曲线，也是磁珠非常关键的3条曲线。横轴为频率f(Hz)，纵轴为阻抗(欧姆)。红色曲线为磁珠阻抗|Z|，紫色为交流阻抗Rac(由于Rdc很小，暂且忽略Rdc)，橙色为电抗X(L//C)。可以先尝试理解下这3条曲线，下面我们看看几种答案。

30分的答案是这样…

磁珠主要是通过内部电感和电路中的电容形成LC滤波，把干扰信号滤除掉。

二火点评：这个答案没有回答到问题关键点上，可以说其对磁珠的工作原理并懂，只是简单理解为跟电感差不多。之所以给30分，而不是0分，是因为在低频条件下，磁珠确实呈感性，用于反射噪声。但我们用磁珠，通用用于中高频环境条件下，这个关键点没有回答出来。

60分的答案是这样…

磁珠是个能耗型器件，主要是通过转化为热能消耗掉干扰信号。

二火点评：这个答案可以说是言简意赅，一个字都不多余。说明答题者了解磁珠的工作原理，但只能算及格。通常我们为了让面试官更多的了解自己的实力，必要的展开是常用手段。但这里并没有展开。

80分的答案是这样…

磁珠的阻抗频率曲线上有个转折频率f1。当频率f<转折频率f1时，磁珠主要呈感性，主要是反射噪声；当频率f>转折频率f1时，磁珠表现为高阻抗，主要是把吸收的噪声转化为热耗再发散掉。而我们使用磁珠时，主要是应用在中高频(几十MHz~几百MHz)，这些都大于转折频率f1，所以磁珠抑制干扰信号的方式主要是将吸收的噪声转化为热能再发散出去。因此磁珠还被称为是“能量消耗型器件”。

二火点评：这个答案是不是比上面的那个要清晰很多呢？不仅体现答题者对磁珠的理解，更展现出对磁珠深层次工作原理的理解。

结合上面给出的曲线和转折频率，我们具体对该阻抗频率曲线做下解析。

区域（1）：上图第一个箭头左侧区域，该区域电感起主要作用。

左侧第一个箭头，是Rac曲线和X曲线的交叉点，该频点为转折频率f1。f1左侧区域主要是低频区域，磁珠呈感性，且电抗X大于电阻Rac，此时X起主要作用，主要表现为感性。

区域（2）：上图中间两条虚线中间区域，该区域电阻起主要作用。

第一个箭头右侧区域，此时Rac>X，Rac起主要作用。同时由于电感的感抗jwL和电容的容抗1/jwC相互抑制，电抗X在逐渐减小。在第二个箭头处，X=0，即感抗和容抗完全抵消。该频点是磁珠的自谐振频率f0，此时磁珠表现为纯阻性，|Z|=Rac。

在第二个箭头右侧区域，X表现为负值，磁珠呈容性。但是由于Rac仍远大于X，此时电阻仍起主要作用。

这两条虚线中间区域，是中高频区域，磁珠分别依次呈现感性、阻性、容性。但不论呈哪种特性，都是电阻Rac起主要作用，谁让Rac最大呢！所以这部分是带阻区域。至于第二条虚线的具**置，这里未做具体界定，因为不同的磁珠阻抗下降速率不同。

在中高频的带阻区域内，磁珠呈高阻抗，此时吸收的高频干扰信号(噪声)都以热量形式消耗并散发出去。所以，磁珠又被称为“能量消耗型器件”，（而电感是“储能型器件”）。

区域（3）：第二条虚线右侧区域，阻抗迅速下降，磁珠呈容性。

该区域已经是甚高频区域，磁珠其原有的作用已大打折扣。在实际使用中，如非特殊场景下，尽量避免磁珠工作在该区域内。

90分的答案是这样…

磁珠的材料是铁氧体，铁氧体有个特性是高频损耗非常大，所以磁珠是个能量消耗型器件，可以用于电源线和信号线上的噪声干扰抑制，吸收高频干扰效果尤为显著。

磁珠的阻抗频率曲线上有个转折频率f1，当频率f<转折频率f1时，磁珠主要呈感性，主要是反射噪声；当频率f>转折频率f1时，磁珠表现为高阻抗，主要是把吸收的噪声转化为热耗再发散掉。我们使用磁珠主要是应用在中高频，这些都大于转折频率f1，所以磁珠抑制干扰信号的方式主要是将吸收的噪声转化为热能再发散出去。

像那种阻抗频率曲线比较平坦的磁珠，在整个中高频段都表现出比较高的阻抗，这种适用于电源线。而那种阻抗频率曲线比较陡峭的磁珠，这种是对特定频段内的干扰衰减较大，对该频段以外的信号则影响较小，这种磁珠适用于信号线上使用。

二火点评：这个答案不仅说出了磁珠的工作原理，还提到了电源线和信号线上磁珠选型的区别。这就涉及到了磁珠的选型问题，说明答题者对磁珠这部分的知识储备比较充足。

既然上面提到了电源线和信号线上所用磁珠的区别，我们再看下TDK磁珠(MMZ0603D121CT000)的阻抗频率曲线，如下图所示。该磁珠在400MHz~1GHz频段内曲线陡峭，阻抗较高，其余频段阻抗明显降低。这颗磁珠适用于信号线上的高频干扰抑制。对比前面那颗磁珠的曲线，前面那颗磁珠的阻抗曲线在5MHz~1GHz范围都内比较平缓，则适用于电源线上。

结合前面提到的转折频率，我们在选用磁珠时要注意，要让干扰噪声的频带大于转折频率f1，同时电路中有效信号的频带要小于转折频率f1。这样便于磁珠吸收消耗干扰噪声，同时有效信号又不至于被磁珠所消耗导致幅度衰减。