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铁氧体磁珠

铁氧体磁珠（Ferrite Bead）常用于抑制电源和信号的噪声，形态包括：

  • 线缆末端的圆柱形块
  • 磁芯裸露的 PCB 插件
  • 标准尺寸的片式铁氧体磁珠贴片

本文仅介绍贴片型磁珠。

原理

铁氧体磁珠由铁氧体制成的外部陶瓷材料，以及位于其内部的导体组成，可以认为是电感的一种。

Ferrite bead structure | Credit: muRata Ferrite bead X-ray | Credit: NASA

但其与普通电感不同的地方在于：

  • 主要用于降低噪声并将其以热量形式耗散
  • 电感值较低，不注重于能量存储能力

主要参数

阻抗

磁珠的参数表一般会提供特定频率（一般为 100MHz）下的阻抗值，更高的值代表对噪声更强的抑制能力，但不代表其最大阻抗值。

在选择磁珠时，需确保输入频段不在磁珠的滤波范围内，否则将可能出现以下情况：

  • 对于数字信号，可能会在切换边缘出现震荡或影响最大切换频率
  • 对于电流输入，可能会使磁珠发热增加，导致性能下降或烧毁

额定电流

磁珠的载流能力存在限制，在大电流下，会出现两种影响：

  1. 发热，甚至造成内部熔断
  2. 磁饱和，造成阻抗下降，并使得滤波能力下降和发热进一步提升

磁珠的额定电流代表了在指定温升情况下的持续电流大小，具体情况需参考图表。

磁珠的阻抗对输入电流非常敏感，在 50% 额定电流条件下，有些磁珠的阻抗甚至能下降到额定值的 10% 左右。为保证滤波效果，建议磁珠额定电流为输入电流的 5 倍以上。

模型

注意项

  • 在厂商提供了模型的情况下，请始终以其提供的模型为准，并注意其中定义的环境和测试条件
  • 仿真无法替代实验测量

根据厂商提供的电阻-电抗-阻抗图表和直流电阻，我们可以使用非理想磁珠的简化模型进行仿真：

以 TDK MPZ1608S102ATA00 为例：

常用方法

直流电阻

在直流电压下，模型中的电感短路，因此阻抗等于磁珠的直流电阻。根据数据表，可知其最大直流电阻为 \(300m\Omega\) 。

交流电阻

在 \(X \approx 0\Omega\) 时，\(Z = R_{AC}\)，磁珠电阻值即模型中的交流电阻值。根据图表，可知该值 \(R_{AC} \approx 1.112k\Omega\) 。

寄生电感

在 \(X \gt 0\) 时，磁珠带有感性。当 \(Z \approx X = X_{L}\) 时，可通过以下公式得出寄生电感值：

\[ L = \frac{X_{L}}{2\pi f} \]

在本文示例中，通过图表可知 \(X_{L} \approx 233.8\Omega @9.794\text{MHz}\)，得出寄生电感 \(L \approx 3.799\text{uH}\) 。

寄生电容

在 \(X \lt 0\) 时，磁珠带有容性。当 \(Z \approx |X| = X_{C}\) 时，可通过以下公式得出寄生电容值：

\[ C = \frac{1}{2\pi f X_{C}} \]

在本文示例中，通过图表可知 \(X_{C} \approx 99.107\Omega @2.456\text{GHz}\)，得出寄生电容 \(C \approx 0.654\text{pF}\) 。

替代方法

受测量设备限制，很多情况下图表会缺失右侧部分信息，无法直接读表填充数值。这时，可以使用以下比较复杂的方法计算各组件的参数：

根据简化模型电路，我们可以得出其阻抗公式：

\[ \begin{split} Z &= R_{DC} + R_{AC} || X_{C} || X_{L} \\ &= R_{DC} + \frac{1}{1/R_{AC} + 1/j\omega L + j\omega C} \end{split} \]

整理后得

\[ \frac{1}{Z - R_{DC}} = \frac{1}{R_{AC}} - j\frac{1}{\omega L} + j\omega C \]

通过在图表中选取三个频率，即可构建一套三元一次方程组，理论上就能得出模型参数。但实际上，在不同频率取值计算出的参数偏差可能会非常大，导致仿真数据出现较大误差，因此仅建议将该方法作为最后手段使用。

对于示例使用的磁珠，可以找到以下三组值：

  • \(f = 10.195 \text{MHz}, Z = 14.316 + j258.288 \Omega\)
  • \(f = 108.172 \text{MHz}, Z = 1089 + j82.669 \Omega\)
  • \(f = 604.919 \text{MHz}, Z = 143.104 - j396.965 \Omega\)

将得出的复数解取模后为 \(R \approx 962.113\Omega\)，\(L \approx 4.07 \text{uH}\)，\(C \approx 0.646 \text{pF}\)。

对比

TDK 提供了磁珠的精细模型，以下为上面得出的简化模型参数与厂商模型的 S 参数对比，其中 \((1,2)\) 为直接读表的简化模型的传输系数，\((3,4)\) 为厂商模型的传输系数，\((5,6)\) 为方程组计算得出的简化模型的传递参数：

使用

通常磁珠会与电容搭配进行滤波，但在与低 ESR 的电容搭配时，其寄生电感易与电容产生谐振，从而产生噪声。对于这种情况，建议使用以下电路，对大电容使用限流电阻（通常 0.3~0.5 \(\Omega\)）提供阻尼，并搭配低容量电容提升高频滤波性能：

参考

  • Norwood D. 栅极驱动电路中铁氧体磁珠的使用和优势. 2021.
  • Teverovsky, A. Evaluation of Ferrite Chip Beads as Surge Current Limiters in Circuits with Tantalum Capacitors, 2014. https://ntrs.nasa.gov/citations/20150001331 (accessed 2026-07-09).
  • Alamin, A. Ferrite Beads Basic Operations and Key Parameters.
  • Aldrick Limjoco; Jefferson Eco. Ferrite Beads Demystified. Analog Dialogue 2016, 50.
  • Zachariah Peterson. How Do Ferrite Beads Work and How Do You Choose the Right One?. Altium. https://resources.altium.com/p/how-do-ferrite-beads-work-and-how-do-you-choose-right-one (accessed 2026-07-06).
  • Zachariah Peterson. How to Use (and Not Use) a Ferrite Bead in Your Design to Reduce EMI. Altium. https://resources.altium.com/p/how-use-ferrite-bead-your-design-reduce-emi (accessed 2026-07-06).

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