高速电路中电感的选型和应用

一、经典案例

二、电感的作用

三、高速电路中的常用电感及其应用要点

1、高频信号用电感

2、一般信号用电感

3、电源用电感

理解要点：

1、LC低通滤波器中，需要防止噪声和谐振频率点重合，以免共振；

2、串联在电源电路中需要考虑电感器件上的压降；

3、针对不同需求考虑不同特征。（信号线上：品质因素频率特性曲线；电源电路上：直流电阻、额定电流）

一、经典案例

1、LC低通滤波导致输出电源电压纹波偏大

如图所示，LC作为低通滤波器对噪声进行滤波，但其谐振频率F = 1/(2π(LC)^(1/2))，处在PNP型晶体管的工作频带内，可能导致产生巨大的纹波。

2、大电流通路PI型滤波造成电压衰减

某单板的1.8V电源有三个MAC芯片（链路控制层芯片）作为负载，每个MAC芯片的最大工作电流为1.8A。由于1.8V电源平面传输路径比较远，为滤除干扰，分别作PI（π）型滤波后再送到各个MAC芯片。

pi型滤波电路原理图如下：

PCB内层信号层的1.8V电源平铺层如图：

经测试，MAC芯片电压不足：（1）P1V8电源平面上的电压衰减（2）电感L3和L5造成的电压衰减。

解决:

1、电源是插装式封装，只用了一个过孔，电流传输能力不足——改用花焊盘或增加过孔数目；

2、从A到B的电源平面层实际有效路径宽度远远小于标记尺寸（存在过孔或信号线将部分路径阻断，大大减小通流能力）——减小信号过孔，移动信号线位置，拓宽有效宽度；

3、从B到D无法移动过孔，可以尝试在其他层新增一条路径；

4、L3和L5有直流电阻的压降——换用低直流电阻的电感。

二、电感的作用

1、通直流，阻交流； //电感公式：Z = j w L;

2、阻碍电流变化，保持器件工作电流的稳定；//电磁敏感线圈，感应电动势阻碍电流变化

3、滤波。 //高频滤波

三、高速电路中的常用电感及其应用要点

电感的关键信息：电感值、直流电阻、自谐振频率、额定电流；

1、高频信号用电感

主要参数

电感值范围：0.6~390nH；

直流电阻：多种可供选择，一般电感值越大，直流电阻也越大；

自谐振频率：可以高达12GHz，电感值越大，自谐振频率越小；

额定电流：几十毫安到几百毫安。电感值越大，额定电流越小。

应用特点：

工作频率小于谐振频率时，电感值基本稳定，但一旦超过谐振频率，电感值会迅速增大；当频率继续增大到一定程度后，电感值会迅速减小。示意图如下：

在实际应用中，应选择谐振频率点高于工作频率的电感。高频信号用电感谐振频率很高，一般在1GHz以上。

2、一般信号用电感

主要参数

电感值范围：0.01~1000uH；

直流电阻：多种可供选择，一般电感值越大，直流电阻也越大，比高频信号用和电源用电感大一些，一般最小电阻为100mΩ，大的有几Ω；

自谐振频率：几十兆赫兹到几百兆赫兹，电感值越大，自谐振频率越小；

额定电流：几毫安到几十毫安。电感值越大，额定电流越小。

应用特点：和高频信号用电感类似，在超过工作频率时电感增加，在超过一定频率后迅速减小，表现出电容性。谐振频率点一般在几百兆赫兹之内。在板间互连信号，纹波比板内信号大，可以使用电感滤波。

注意：高频信号用和一般信号用电感的额定电流都比较小，直流电流相对比较大，不建议用于电源滤波。

3、电源用电感

——主要用在电源电路中

主要参数

电感值范围：1~470uH；

直流电阻：多种可供选择，一般电感值越大，直流电阻也越大，比高频信号用和电源用电感大一些，几个mΩ到几Ω；

自谐振频率：几十兆赫兹到几百兆赫兹，电感值越大，自谐振频率越小；

额定电流：几十毫安到几安。电感值越大，额定电流越小。

应用特点

变化情况和前面两种类似，谐振点一般在几十兆赫兹以内，电源滤波最常用的电感。

注意事项：

（1）LC低通滤波器中，电感值时工作频率低于谐振点的值，所以需要关注谐振频率，当工作频率超过谐振点时，表现为电容性；

（2）用于电源滤波需要考虑直流电阻引起的压降；

（3）电感的工作电流必须小于额定电流，否则电感值会发生改变。

Finish！