如何使用电感&磁珠从后级应对开关电源噪声

仅仅使用电容器无法充分消除噪声时，可以考虑使用电感或铁氧体磁珠，甚至电感器与LC滤波器的结合使用。

电感与铁氧体磁珠是用于电源去耦电路很常见的电感，铁氧体磁珠用于控制频率比较高和宽的频率范围，而扼流线圈主要用于控制特定频率。虽然铁氧体磁珠用于噪声用得更多，但电感也用于噪声控制。

1.电感的频率特性

利用感来降低噪声时，需要了解电感器的特性，图8-1为电感器的阻抗-频率特性图，电感（线圈）具有以下基本特性，称之为“电感的感性电抗”。

1：直流基本上直接流过。

2：具有交流阻抗。

3：频率越高越难通过。

在理想电感器中，阻抗随着频率的提高而呈线性增加，但在实际的电感器中，如等效电路所示，并联存在寄生电容EPC，因而会产生自谐振现象。所以在谐振频率之前呈现电感本来的感性特性（阻抗随着频率升高而增加），但谐振频率之后寄生电容的影响占主导地位，呈现出容性特性（阻抗随着频率升高而减小），也就是说在比谐振频率高的频率范围，不发挥作为电感的作用，电感的谐振频率可通过以下公式求得：

除了主体是电容量还是电感量的区别外，该公式与电容器的谐振频率公式基本相同。从公式中可以看出，电感值L变小时谐振频率会升高。电感的寄生分量中，除了寄生电容EPC之外，还有电感绕组的电阻分量ESR、与电容并联存在的EPR（等效并联电阻），电阻分量会限制谐振点的阻抗。

小结

1：电感在谐振频率之前呈现感性特性（阻抗随频率升高而增加）。

2：电感在谐振频率之后呈现容性特性（阻抗随频率升高而减小）。

3：在比谐振频率高的频段，电感不发挥作为电感的作用。

4：电感值L变小时，电感的谐振频率会升高。

5：电感的谐振点阻抗受寄生电阻分量的限制。

2.使用电感降低噪声

用于降噪的电感主要是绕线型的，虽然单独的电感串进电源路径中，依据电感的SRF之前的特性，可以阻挡一部分叠加在DC上的噪声，但实际电感基本上用来构成型滤波器，如图8-2左所示，型滤波器在低频段通过电感和电容发挥低通滤波器的作用，然而到了高频段，由于电感会表现为电容、电容会表现为电感，如图8-2右从而使型滤波器起到高通滤波器的作用，因此无法获得噪声消除效果，这一点需要格外注意。

当形成加入电源带有电感器的去耦电路时，常规配置如图8-3所示。图8-3上是加入一个电感器的去耦电容器，图8-3下通过加入一个电容器，组成更高性能的π形滤波器。由于电源接线中的许多电容器是同其他IC一起使用的，即使上图几乎可以作为一个π形滤波器，但是下图的配置可以更明确地抑制噪声。

一般来说，较大的电感具有较大的阻抗，会显示出优良的噪声抑制效果，而IC工作所必需的瞬间电流要由电感器和IC之间的电容器提供。根据

L增大，这种电容器必需的电容C会变大，所以，不推荐使用过大的电感。（C为接地电容必要容值，ZT为IC必要的电源阻抗）

3.磁珠和电感比较

关于磁珠的定位，有人将其视为电感的一个子类，有人则将其视为不同于电感的独立器件，这里不讨论对错，通过与电感进行比较来了解铁氧磁珠的基本特性。

阻抗-频率特性

铁氧体磁珠的频率-阻抗特性与普通电感不同。

图中X为电抗（容抗+感抗），R为电阻分量，Z为阻抗=电抗+电阻，电感的阻抗-频率曲线较为陡峭，Q值较高，高阻抗频率覆盖区域窄，不适用于独立适用滤去普适的的电源噪声（噪声频段宽泛）。

如图8-5所示，铁氧体磁珠与普通电感相比，具有电阻分量R较大、Q值较低的特性，阻抗-频率曲线较为平缓，利用该特性可消除广谱噪声。

如图8-6，普通电感可容许较大的直流叠加电流，只要在其范围内，阻抗不怎么受直流电流的影响，谐振点也几乎不变。相比之下，图8-7铁氧体磁珠对于直流电流容易饱和，饱和会导致电感值下降，谐振点向高频段转移，会导致滤波器特性变化，因此需要特别注意。

感值-频率特性

如图8-8和图8-9所示，电感和磁珠的感值-频率特性后段截然相反，电感是感值上升，而磁珠是感值下降，并且两者变化速度较快，不过一般变化点的频率非常高，无需考虑频率变化带来的影响。

4.使用磁珠降低噪声

电感通过组成滤波器来消除噪声，而铁氧体磁珠的特性决定了通过将噪声转变为热来消除噪声。这是一个很大的不同点，不过铁氧体磁珠在低频段基本上也起到低通滤波器的作用。但是如前所述，在这个频段对于直流电流容易饱和，电感值下降，并且谐振点向高频段移动，因此很难消除目标频段的噪声。

如图8-10中的曲线，电抗X（容抗+感抗）降低并存在与电阻分量R交叉的点，当超过这个被称为“交越点”的频段后，铁氧体磁珠将起到电阻的作用，具有将噪声转变为热的功能，这是与内置绕线型电感的滤波器之间的巨大差异。而在更高频段，则与绕线型电感相同，发挥高通滤波器的作用。

从图8-11所示的磁珠动作变化就可以看到磁珠降噪的普适性。