一、磁珠（Ferrite Bead）基础知识
磁珠是EMC工程师常用的滤波器件，用来抑制电路中的高频噪声。磁珠的主要成分是铁氧体材料，铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料，铁氧体材料分为铁镁合金或者铁镍合金，制造工艺和机械性能与陶瓷相似，颜色为黑色，也称为铁氧体磁珠。
磁珠的工作原理
磁珠主要用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰，具有吸收瞬态高频脉冲的能力。在低频段，磁芯的磁导率很高，电感量较大，主要是电感成分在起作用，电磁干扰噪声被反射回到源端，此时磁珠就类似一个低损耗，高Q值的电感。在高频段，阻抗主要由电阻成分构成，随着频率升高磁芯的磁导率降低，导致感性成分降低，电感量下降，而磁芯的损耗增加，电阻成分变大阻抗增加，当高频电流流过铁氧体磁珠时，通过电阻成分转化为热能消耗掉。
磁珠的内部结构
磁珠由线圈、铁氧体磁芯、外面的镀层、封装构成，片状铁氧体磁珠的典型结构如下图所示：磁珠从结构上跟电感基本相似，主要是磁芯、线圈的匝数上差异。
磁珠的分类
磁珠根据使用的磁芯材料不同、封装结构不同、应用场合不同等分类
根据封装结构分类
根据磁珠的封装分为：贴片磁珠、插件磁珠。贴片磁珠又分为单体贴片磁珠、磁珠排，根据绕线方式分为片状磁珠、绕线磁珠。插件磁珠分为穿心磁珠、普通插件磁珠等。
根据使用材料分类
根据磁珠制造的铁氧体材料不同分为：铁镁合金磁珠、铁镍合金磁珠。不同的铁氧体材料磁导率μ和磁通密度BS参数影响磁珠的频率特性。
根据磁珠的应用场合分类
根据磁珠的应用场合，大致可将磁珠分为普通型、大电流型、尖峰型等。
普通型：普通型磁珠用于电流不太大（一般小于600mA），无特殊要求的场合，它的直流电阻一般为零点几欧姆，阻抗范围一般为几十欧姆到几千欧姆之间，能有效抑制、吸收噪声干扰。
大电流型：大电流型磁珠应用于电流较大的场合，应用于电流场合磁珠要求直流电阻必须很小，约小于普通型磁珠一个量级，阻抗一般也较小，阻抗范围通常是几欧姆到几十欧姆之间。
尖峰型：此型号磁珠特性为某一个频率范围内其阻抗急剧上升，从而在特定频率获得较高的衰减效果而对有用信号的影响较小根据磁珠制造的铁氧体材料不同分为：铁镁合金磁珠、铁镍合金磁珠。不同的铁氧体材料磁导率μ和磁通密度BS参数影响磁珠的频率特性。
磁珠的主要参数
磁珠的主要参数包含：阻抗、直流电阻（DCR）、额定电流、谐振频率、损耗等。
阻抗
磁珠阻抗是在特定条件下(100MHz频率)测得，常见标识为600ohm@100MHz，表示磁珠在100MHz频率下，阻抗是600ohm。通常是阻抗越大，对噪声的抑制效果越好，阻抗越大，噪声通过时产生的热量就越大。
磁珠阻抗用100MHz频率下测试结果表示，是业界认同的标准，磁珠阻抗并不是固定的，是随着频率的变化，以及随着电流的变化阻抗都会相应的发生变化，磁珠阻抗是交流阻抗。
直流电阻（DCR）
直流电流通过磁珠时，磁珠呈现的电阻值，磁珠的直流电阻是越小越好，越小在磁珠上产生的压降就越小，对有用信号的衰减也越小。磁珠的直流电阻由导线长度、绕线线径、封装共同决定。
额定电流（IRAT）
额定电流是磁珠关键参数之一，指电路正常工作时允许通过磁珠的最大电流。磁珠的直流电阻会产生损耗而发热，磁珠能通过的最大电流，可以理解为有效值，它指温升电流，自我温升不超过20—40℃（不同厂家有差别）。
额定电流与温度的关系曲线
由上图可知，当磁珠的温度超过85℃时，它的额定电流也会急剧下降，使用磁珠时应关注磁珠的温度做降额使用。
偏置电流对磁珠的影响
随着偏置电流的增大，磁珠材料会出现饱和特性，导致铁氧体磁珠电感下降，电感的饱和程度根据磁芯材料不同。直流偏置电流的影响可通过不同频率下阻抗值的减少来确定，阻抗降低意味着噪声抑制能力的下降，下图显示铁氧体磁珠阻抗如何随着直流偏置电流的变化而改变。
磁珠的损耗
磁珠的损耗主要为铁芯损耗，铁芯损耗=磁滞损耗+涡流损耗。磁滞损耗：铁磁材料在交变磁场作用下反复磁化时，内部磁畴不停的往返倒转而消耗能量，产生损耗，这种损耗称为磁滞损耗，磁滞损耗和磁场交变频率及磁滞回线的面积成正比。
涡流损耗：铁磁滞材料中的磁通交变时，会感应电动势和电流，电流呈旋涡状称为涡流电流，涡流在铁磁材料的内部电阻上产生损耗，称为涡流损耗。
磁珠等效电路
磁珠的等效电路是一个直流电阻（DCR）串联一颗电感、电容、电阻的并联，其中并联的电阻、电容、电感都是频率的函数，感抗、容抗受工作频率影响很大。
当磁珠工作频率低于自谐振频率时，磁珠呈现电感特性；当磁珠工作频率等于自谐振频率时，磁珠是纯电阻特性，阻抗最大；当磁珠工作频率高于自谐振频率时磁珠呈现容性。
磁珠的命名规则
目前磁珠的型号命名方法，业界没有统一的标准，生产厂家通常会采用自家命名规则。一般都会给出尺寸、材料、阻抗、包装方式等信息，下图是村田贴片磁珠的命名规则。
二、磁珠的应用场景
在EMC问题分析与调试，磁珠被广泛的使用，磁珠主要用于抑制开关电源环路中高频电流噪声，抑制开关电源电路中寄生参数引起的寄生振荡；磁珠也被用于抑制时钟信号的高次谐波干扰，以及与电容组成低通滤波器。
磁珠有时用于抑制抗扰度试验时，外部端口耦合的脉冲噪声干扰，以及用于不同参考地平面之间的连接，做频率选择。
磁珠在DC-DC电路高频电流环路中的应用
DC-DC功率电流环路存在高频电流噪声，高频电流噪声环路面积大小、噪声电流的大小决定了辐射发射测试结果。EMC调试时通常会在高频电流环路中增加磁珠来抑制高频噪声，
具体磁珠的使用参考下图所示：
DC-DC电路中功率器件的寄生电容与环路中的寄生电感，容易发生高频寄生振荡，产生高频噪声，EMC调试时通常也会在高频环路中增加磁珠来抑制寄生振荡，具体磁珠的使用可以参考下图所示：
磁珠用于芯片不同模块电源之间的噪声隔离
SOC芯片由于高速集成，内部模块电路众多，不同模块电路可能使用相同的供电电压，为防止不同模块间的噪声干扰通过供电电源串扰耦合，通常做法是在不同模块电源之间用磁珠隔离，抑制模块间噪声耦合。
磁珠用于不同电路模块供电电源之间的噪声隔离
不同的电路模块、不同类型信号处理芯片使用相同的供电电源时，为了防止噪声通过电源线耦合到不同的电路模块，通常做法是在不同电路模块的供电电源之间用磁珠隔离，抑制模块间噪声耦合。
磁珠用于不同电路模块供电电源之间的噪声隔离
磁珠在AC电源电路中的应用
在隔离开关电源的高压侧、低压侧，为抑制环路中的高频电流噪声，通常会在环路中增加串联磁珠，抑制高频噪声干扰。主要应用场景包括反激电路、Boost电路、LLC电路、Boost电路等，具体情况应根据实际调试结果而定，非必要对策。
磁珠在有源晶振滤波中的应用
有源晶振输出是方波信号，存在丰富的高次谐波，高次谐波的耦合路径主要是其供电电源和输出时钟信号，通常会在其供电电源增加磁珠低通滤波器，滤除其高次谐波噪声。
磁珠在时钟信号滤波中的应用
时钟信号，尤其是方波时钟信号，存在丰富的高次谐波，使用RC滤波时，电阻阻值的参数选择空间有限，需要使用磁珠滤除高频噪声干扰，下图是典型的应用电路。
磁珠在时钟信号滤波中的应用
磁珠在数字功放电路中的应用
在数字功放输出端通常采用电感电容组成的LC低通滤波器，滤除数字功放芯片产生的高频噪声，由于电感寄生电容的影响，高频噪声被耦合到后级，通过喇叭线形成天线效应向外空间辐射。
在LC电路之后增加磁珠可以有效滤除通过喇叭线耦合噪声，也可以有效滤除通过滤波电容耦合的高频地噪声，具体电路如下图所示：假贴电阻位置可以隔断加焊磁珠。
磁珠在不同模块电路地隔离中的应用
不同电路模块之间共参考地平面时，容易发生共地环路耦合，设计工程师们通常使用磁珠连接两个不同的参考地平面，利用磁珠通低频阻高频的特性，抑制高频噪声电流在不同模块电路之间的传递。
三、磁珠的选型
磁珠选型时应了解需要抑制的噪声频率范围，磁珠工作电路的额定电流，噪声回路的阻抗特性，磁珠应用电路的特性，应用环境，磁珠的封装。
磁珠的封装选型
根据磁珠的应用场景不同，选择合适封装的物料，可以合理降低成本，优化PCB设计，错误的封装选型，影响滤波性能的同时，还降低了电路的可靠性。
通常磁珠的结构尺寸越大，承受的电流越大。考虑到磁珠制造工艺，及应用场合影响，高压大电流电源滤波通常使用插件磁珠、信号线、低电压小电流电源使用贴片磁珠。
磁珠的参数选型
磁珠参数选择主要关注磁珠额定电流、直流阻抗（DCR）、阻抗频率曲线。
磁珠额定电流选择
磁珠规格书通常都会给出额定电流参数，正常使用时，电路工作电流不能超过磁珠的额定电流，否则可能烧坏磁珠。磁珠的额定电流是温升电流，一般指自我温升不超过20℃到40℃的电流，不同的厂家标注会有些差异。
厂家提供的磁珠阻抗频率曲线，一般是在很小偏置电流下测得，而电流对磁珠的阻抗影响很大。在通过大电流时，随着偏置电流的增大，磁性材料会出现饱和的特性，导致L降低，从而导致工作区域的偏移，会影响到噪声的抑制效果，磁珠阻抗随电流变化曲线如下图所示：
电感的饱和电流大家一定会关注，而磁珠的额定电流通常会大于饱和电流，造成即使在额定电流范围内使用，磁珠也会出现饱和的情况，阻抗频率曲线也会发生偏移。
磁珠的阻抗选择
磁珠的阻抗是噪声抑制的关键参数，怎样选择合适阻抗的磁珠容易被忽略。有时错误的认为阻抗越大越好，600ohm阻抗的磁珠一定比220ohm阻抗的磁珠噪声抑制效果好，其实并非如此。
正确选择合适阻抗的磁珠，应该查阅磁珠规格书上的阻抗曲线，并结合抑制噪声干扰的频点，选择在噪声频点阻抗较大的型号，而不是选择标称值阻抗大的型号。阻抗选择时还应考虑有用信号的衰减最小原则，对于抑制宽带噪声干扰的磁珠，还要考虑磁珠在一定频带内的阻抗。
【知识要点说明】：
开关电源产生的噪声通常是宽带噪声，电源上用选下图蓝色的，“矮胖型“，更为平滑，频点宽，滤波效果更好。时钟信号产生的噪声通常是窄带噪声，信号线上用选下图绿色的，“瘦高型“，对有用信号衰减小，对噪声频点衰减大。
直流电阻的选择
直流电阻对磁珠的滤波效果影响较小，直流电阻对磁珠的温升影响很大，磁珠的阻抗曲线与温升强相关。选择合适直流电阻的磁珠对滤波性能影响很大，实际应用中希望磁珠的直流电阻越小越好，阻抗则越大越好。由磁珠的制造工艺可知，磁珠阻抗越大则其直流电阻就越大。
磁珠选型注意事项
额定电流的降额
磁珠的工作电流超过额定电流会损坏磁珠，磁珠实际工作电流接近额定电流，会降低磁珠抑制噪声的效果。磁珠额定电流的降额业界没有统一标准，强烈的推荐工作电流小于额定电流的70%。
磁珠分布电容的影响
磁珠自身的杂散电容降低了磁珠的高频滤波效果，磁珠的杂散电容与磁珠的制造工艺高度相关。对于应用于低频滤波的磁珠，杂散电容的影响几乎可以忽略，应用于高频滤波的磁珠，杂散电容的影响就很大。
采用卧式电极结构，分布电容偏大，磁珠的自谐振点也相对偏低，高频滤波效果相对较差，下图是采用卧式电极结构磁珠的阻抗频率曲线。
【重要知识点】：
滤波频段范围30MHz-750MHz,高频特性相对较差。
采用立式电极结构，分布电容相对较小，磁珠的自谐振点也相对偏高，高频滤波效果相对较好，下图是采用立式电极结构磁珠的阻抗频率曲线。
【重要知识点】：
滤波频段范围30MHz-1000MHz,高频特性相对较高，磁珠的高频特性拓展到1GHz以后，通过工艺的改进也很难再大幅度的提升高频特性。
磁珠应用场景安全性
磁珠应用在不同场景下，除关注电气参数、降额要求之外。应用在高压大电流场景下的磁珠关注应力损坏、损伤引起的打火，起火的风险。
应用在高压大电流场合下，避免使用上图封装的贴片磁珠，上图封装磁珠在受到应力损伤、两端产生压差时很容易打火，引起高压部分起火，导致严重的安全问题。
应用在高压大电流场合下建议选择如图所示封装的贴片磁珠，或者选择插件磁珠，避免应力损伤时，大电流流过时产生高压打火，引起着火安规问题。
【重要知识点】
应用在高压大电流场合下，优选插件磁珠，次选贴片磁珠。
磁珠使用常见问题
正确的使用磁珠可以有效解决EMC问题，不正确的使用磁珠即使解决了EMC问题，也可能电气性能的隐患，针对使用磁珠使用中的问题整理如下：
谐振效应
在低频段，阻抗主要由电感构成，磁珠类似于一个低损耗，高Q值特性的电感，容易发生谐振，有时增加磁珠后出现谐振频率。解决措施是更换不同类型、不同规格磁珠、增加增加电容破坏寄生振荡。
增加不同容值电容解决磁珠产生的谐振频率
直流偏置重叠
磁珠有直流重叠特性，当电流流过时，需要特别注意由于磁饱和所造成的性能改变，从下图可以看出，通过磁珠的电流增大时，其阻抗会下降，阻抗下降意味着滤波性能的会变差，电流减小时，阻抗又会变大，滤波性能恢复，所以使用磁珠时，要考虑额定电流和阻抗两个参数。
磁珠产生电压过冲损坏DC-DC芯片
磁珠在DC-DC电路中的错误应用
磁珠在低频时具有电感特性，当流过磁珠的电流发生突变时，磁珠两端就会产生反向电动势抑制流过磁珠的突变电流，当反向尖峰电压超过DC-DC芯片供电电源电压范围时，就会造成DC-DC芯片因输入过压而损坏。
上图为抑制通过DC-DC输入电源引脚耦合的噪声干扰，在DC-DC输入电源引脚上直接串联磁珠，高频噪声电流流过磁珠时产生的高频电压尖峰超过DC-DC供电电源的额定电压，造成DC-DC芯片过压击穿损坏。
【重要知识点】
在DC-DC输入端串联磁珠抑制高频电流噪声时，一定要靠近输入电源引脚先经过电容滤波后，再通过磁珠滤波，最好是如上图所示的π型滤波电路。
磁珠产生电压尖峰存在损坏芯片风险
某芯片I2S信号中的I2S_MCLK信号存在过冲，高次谐波非常丰富，导致辐射发射多个频点余量不足。EMC调试时发现需要增加低通滤波器，滤除其高次谐波干扰。
信号未增加低通滤波器初始波形
发现使用磁珠+电容，在滤波电容参数固定的情况下，使用不同参数的磁珠，信号过冲存在较大差异，磁珠阻抗越高，越逼近芯片额定电压的上限。
信号增加300ohm磁珠+22pF电容组成低通滤波器波形
信号增加120ohm磁珠+22pF电容组成低通滤波器波形
【重要知识点】
使用磁珠、电感组成LC滤波电路时，由于流过电感电流不能突变的特性，电感、磁珠都会产生反向电压尖峰，需要关注反向电压尖峰对电路中其它器件的影响。
附录（一）：磁珠+电容滤波电路的优化方案
使用磁珠+电容组成低通滤波电路时，由于磁珠具有电感特性，不可避免的会产生电压尖峰，需要增加电阻来阻尼电感反射产生的电压尖峰。
【理论分析】
RLC串联电路，λ为电路阻尼系数，当λ＜1时，电路是欠阻尼状态；当λ=1时，电路是临界阻尼状态；当λ＞1时，电路是过阻尼状态。
阻尼系数计算公式
加入电阻后电路仿真波形对比图
附录（二）：磁珠的失效模式
磁珠的失效模式主要包含：机械应力、热应力两种。
机械应力：
作为导磁材料，磁珠脆性较强，在受到外部机械应力（冲击、碰撞、PCB翘曲）的时候，磁珠本体易出现裂纹。
热应力：
磁珠通过电流超过额定电流，产生的热量不能及时散发，会导致磁珠整体受热不均匀，从而产生内应力出现裂纹，严重时直接烧毁磁珠。
磁珠与电感不同，电感的工作电流超过额定电流时，电感值将迅速下降，但电感不会损坏，电流恢复到正常电流时，电感可以正常工作。而磁珠的工作电流超过额定电流时，磁珠会被烧毁，如上图所示。
