《FPGA全程进阶---实战演练》第三章之PCB设计之电感、磁珠和零欧姆电阻

来源:互联网 时间:2015-12-05

2.电感、磁珠和零欧姆电阻的区别

      电感:电感是储能元件,多用于电源滤波回路、LC振荡电路、中低频滤波电路等,其应用频率很少超过50MHz。对电感而言,其感抗值和频率成正比。XL = 2πfL来说明,其中XL是感抗,单位是Ω,例如一个理想的10mH电感,在10KHz时,感抗是628Ω,在100MHz时,增加到6.2MΩ,因此在100MHz时,若让一个信号通过此电感,必将会造成信号品质的下降。

     磁珠:磁珠的材料是铁镁或铁镍合金,这些材料具有很高的电阻率和磁导率,在高频率和高阻抗下,电感内线圈之间的电容值会最小。磁珠通常只适用于高频电路,因此在低频时,它们基本上保持电感的完整性(包含有电阻特性和电抗特性分量),因此会造成线路上的微损失。在高频时,它基本上只具有电抗性分量(jwL),并且抗性分量会随着频率上升而增加。像一些PLL,振荡电路,含超高频存储器电(DDR,SDRAM,RAMBUS等)都需要在电源输入部分加磁珠。铁氧体磁珠可以看成是一个电阻和电感的串联,如图3.5所示,通常用来作为一个无源低通滤波器。在高频时呈现阻性,所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗,从而提高调频滤波效果。本质上,磁珠是一种“耗散器件”,会将高频能量转换成热能,在性能上,往往将磁珠作为电阻来解释,而不是电感,所以磁珠的单位是欧姆。图3.6是片式磁珠的内部结构。

       图3.7是一个实例计算过程,电源额定电压为3.3V,额定电流为300mA,要求对于100MHz、300mVpp的噪声。经过磁珠滤波后达到50mVpp,磁珠应该如何选型?

解: (1)对于100MHz的信号,300mV的噪声需要滤波后衰减到50mV,意味着磁珠上要分压到250mV,假设负载50Ω,Rac / RL = 250 / 50,其中RL = 50Ω,得到 Rac = 250Ω;

(2)电源额定电流300mA,降额系数按照0.75,则选择最小额定电流不低于300mA/0.75= 400mA的磁珠;

(3)IC电源电压最低不得低于3.0V,则磁珠上直流电阻Rdc上的最大压降须不大于0.3V,即300mA * Rdc < 0.3V,得Rdc < 1Ω。

      综上描述,Rac = 250Ω(100MHz的情况),Rdc < 1Ω,最小额定电流不低于400mA。其实在磁珠选型方面,笔者也是搜寻了一些资料,大致说明磁珠的选型若是知道噪声干扰源的频率最好,对应着“村田”系列的磁珠进行选择型号即可。但是若是不知道干扰源频率,那么若是电源部分,建议选择和输入电流近似或者超过电源电流,然后再考虑阻抗,利用上述的计算公式即可。若是信号部分,需要先考虑阻抗,然后再考虑电流部分。

图3.5 磁珠等效模型

图3.6 片式磁珠内部结构

3.7 磁珠计算

       零欧姆电阻:(1)在电路中没有任何功能,只是在PCB上为了调试方便和兼容设计等原因。

     (2)可以做跳线用,如果某段线路不用,直接补贴该电阻即可。

     (3)在匹配电路参数不确定的时候,以0ohm代替,实际调试的时候,确定参数,再以具体数值的元件替代。

    (4)想测试某段电路的耗电流的时候,可以去掉0ohm电阻,接上电流表,这样方便测耗电流。

    (5)在布线时,如果实在布不过去了,可以加一个0ohm电阻(应该是直插式,不应该表贴式的)。

    (6)在高频信号下,充当电感或电容。

    (7)单点接地。

    (8)数字地和模拟地之间的连接到共地端,可以用零欧姆电阻进行连接,此外零欧姆电阻相当于很窄的电流通路,能够有效地限制环路电流,使噪声得到限制,电阻在频带都会有衰减作用,这一点比磁珠强。

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