《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

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。