射頻電感選用技巧
發布時間:2011-11-02
中心議題:
在手機、RFID、測試設備、GPS、雷達、Wi-Fi以及衛星無線電等應用的高頻模擬電路和信號處理中,電感是最重要的元件之一。通常,它可以承擔的幾項主要功能包括電路調諧、阻抗匹配、高通和低通濾波器,還可以用作RF扼流圈。
選擇在設計中使用RF電感的電子工程師有多種選擇。為了簡化這種選擇,本文將討論電感元件的各種類型及其常見用法。
RF電感的用途
大部分電子器件都含有RF電感。“為了跟蹤動物,在我們家養動物的皮膚中植入的玻璃管內部都含有一個電感”,普萊默公司的一位研發工程師 Maria del Mar Villarrubia說,“每次啟動汽車的時候兩個電感之間都會產生無線通信,一個在汽車內部,另一個在鑰匙內部。”
圖1 RF電感是高頻電子設備的基本組成元件之一
不過,正如這種元件的無所不在一樣,RF電感也有著非常具體的用途。在諧振電路中,這些元件通常與電容結合使用,以便選擇特定的頻率(如振蕩電路、壓控振蕩器等)。
RF電感也可以用於阻抗匹配應用,以便實現數據傳輸線的阻抗平衡。這是為了確保IC間高效的數據傳輸所必需的。
作為RF扼流圈使用時,電感串聯在電路中,起到RF濾波器的作用。簡單來說,RF扼流圈是個低通濾波器,它會給較高的頻率造成衰減,而較低的頻率則暢通無阻。
Q值是什麼
在討論電感性能時,Q值是最重要的衡量指標。Q值是一種衡量電感性能的指標,它是一個無量綱的參數,用於比較振蕩頻率和能量損耗速率。
Murata公司的高級產品經理Deryl J. Kimbro說:“Q值越高,電感的性能就越接近於理想的無損電感。也就是說,它在諧振電路中的選擇性更好。”
高Q值的另一個好處是損耗低,也就是說電感消耗的能量少。低Q值會造成帶寬較寬,而且在振蕩頻率處及其附近的諧振幅度較低。
電感值
除了Q因yin子zi以yi外wai,電dian感gan的de真zhen正zheng的de量liang度du當dang然ran是shi它ta的de電dian感gan值zhi。對dui於yu音yin頻pin和he電dian源yuan應ying用yong而er言yan,電dian感gan取qu值zhi通tong常chang是shi數shu亨heng利li,而er高gao頻pin率lv應ying用yong通tong常chang需xu要yao小xiao得de多duo的de電dian感gan,通tong常chang在zai毫hao亨heng或huo微wei亨heng範fan圍wei內nei。
電感值取決於幾個因素,其中包括結構、鐵芯尺寸、鐵芯材料以及實際的線圈匝數。電感既有電感值固定的,也有電感值可調的。
其他規格
電感值並不是唯一重要的取值。直流電阻、電流以及自諧振頻率(SRF)是RF電感的數據單中所提供的一些更加有用的規格。
del Mar Villarrubia說:“genjuyingyongchanghedebutong,meizhongtexingdoukenengshixuyaozhongdiankaolvdeyinsubingjuedingqitatexing。liru,ruguoyuanjianjiangyongzailuntaiyalijiancexitongzhong,namedianganzaihenkuandewendufanweineidewendingxingshihenzhongyaode,erzhezhongyaoqiujianghuiqueding磁芯的選擇。”
[page]
額定電流
在選擇電感時,工作電流應該低於說明書中的額定電流。如果工作電流超過額定電流,就可能會損壞產品。
直流電阻(DCR)
Kimbro稱,直流電阻(DCR)yuedingdianliuyouhendadeguanlian。yixianquandianzuweijizhun,zhiliudianzudengyudiangandesunhao。ruguoraoxiandezhijingzengjia,namezhiliudianzuhuijianxiao,eredingdianliuhuizengjia。jiaodaderaoxianzhijingjiangdilesunhaobinggaishanledianliuchulinengli。
Vishay公司電感部門的產品市場經理Doug Lillie說:“直流電阻會限製在不過熱或不發生飽和(感應係數急劇降低)的情況下器件可以傳輸的直流電流。”
自諧振頻率(SRF)
電dian感gan中zhong的de每mei一yi匝za繞rao線xian都dou可ke以yi看kan成cheng一yi塊kuai電dian容rong器qi極ji板ban,匝za與yu匝za之zhi間jian以yi及ji線xian圈quan與yu鐵tie芯xin之zhi間jian電dian容rong的de總zong體ti效xiao果guo可ke以yi用yong與yu電dian感gan並bing聯lian的de單dan個ge電dian容rong來lai表biao示shi,稱cheng為wei分fen布bu電dian容rong(Cd)。這種並聯結構的諧振頻率就稱為自諧振頻率(SRF)。
Lillie說:“在這個頻率,電感看起來就像帶有阻抗的純電阻。如果頻率超過自諧振頻率,這種並聯結構的容抗將成為主要因素。”
疊層片式電感
diecengpianshidianganshishiyongtaocicailiaojiegoutongguojichenggongyizhichengde。taocicailiaojiegoukeyizaigaopinchutigonghenhaodexingneng,erdiecengpianshigongyiyitigonggezhonggeyangdedianganzhi。
diecengpianshiqijiandedianganzhifanweiyaobibomohuokongxinxianquanleidedianganguang,danshibibushangxianraoshiyuanjiandedianganquzhifanweihuoedingdianliu。diecengpianshijishuyinqihenhaodediantexing,tebieshiqidiliandechengben,eryuelaiyueliuxing。
薄膜電感
薄bo膜mo電dian感gan是shi使shi用yong光guang刻ke工gong藝yi生sheng產chan的de,這zhe種zhong工gong藝yi可ke以yi在zai陶tao瓷ci基ji底di上shang生sheng產chan出chu非fei常chang精jing確que的de線xian圈quan模mo式shi,從cong而er滿man足zu苛ke刻ke的de電dian感gan公gong差cha。陶tao瓷ci基ji板ban使shi得de這zhe些xie電dian感gan成cheng為weiRF應用的理想元件。但是,薄膜電感能傳輸的電流較小,而且電感值範圍有限。
線繞式電感
線繞式電感通常用於低頻應用之中。線繞式電感是將銅線繞在陶瓷(氧化鋁)磁芯上製成的。
yinqijiegouhecailiaodeyuanyin,xianraoshidiangankeyitigonghenhaodediantexing。shuipingraoxianjiegoushidegongchahenxiaoerzasandianronghenxiao,ertongxianshidezhiliudianzuhenxiao,congerzengjialepinzhiyinzixingnengyijiedingdianliu。
錐形電感
錐形電感是麵向寬帶和高頻應用的,它的結構 可以展寬線圈的帶寬。錐形電感的實際尺寸較小,通常是用細線繞成的,因此雜散電容較小。
在超寬帶Bias-T器件中,錐形電感同時提供了直流偏置提取或注入路徑,它可以將電源與有源器件隔離。
磁芯的選擇
高頻器件通常使用空心或惰性(也就是陶瓷)磁芯。它們提供了比磁性鐵芯更好的熱性能,但是其電感取值有限。
中zhong頻pin器qi件jian通tong常chang采cai用yong鐵tie芯xin。鐵tie芯xin不bu會hui飽bao和he,但dan是shi無wu法fa提ti供gong鐵tie氧yang體ti磁ci芯xin那na樣yang的de大da電dian感gan值zhi。低di頻pin器qi件jian通tong常chang使shi用yong鐵tie氧yang體ti磁ci芯xin。應ying該gai盡jin可ke能neng地di避bi免mian使shi用yong鐵tie氧yang體ti磁ci芯xin,因yin為wei它ta們men會hui在zai較jiao小xiao的deIdc值處飽和,而且會受溫度的影響(△L/△T)。
廠商們也在開發和使用更新的鐵氧體,如無定形和納米晶體材料。
- 射頻電感選用技巧
- 開發和使用更新的鐵氧體
- 將電源與有源器件隔離
在手機、RFID、測試設備、GPS、雷達、Wi-Fi以及衛星無線電等應用的高頻模擬電路和信號處理中,電感是最重要的元件之一。通常,它可以承擔的幾項主要功能包括電路調諧、阻抗匹配、高通和低通濾波器,還可以用作RF扼流圈。
選擇在設計中使用RF電感的電子工程師有多種選擇。為了簡化這種選擇,本文將討論電感元件的各種類型及其常見用法。
RF電感的用途
大部分電子器件都含有RF電感。“為了跟蹤動物,在我們家養動物的皮膚中植入的玻璃管內部都含有一個電感”,普萊默公司的一位研發工程師 Maria del Mar Villarrubia說,“每次啟動汽車的時候兩個電感之間都會產生無線通信,一個在汽車內部,另一個在鑰匙內部。”

圖1 RF電感是高頻電子設備的基本組成元件之一
RF電感也可以用於阻抗匹配應用,以便實現數據傳輸線的阻抗平衡。這是為了確保IC間高效的數據傳輸所必需的。
作為RF扼流圈使用時,電感串聯在電路中,起到RF濾波器的作用。簡單來說,RF扼流圈是個低通濾波器,它會給較高的頻率造成衰減,而較低的頻率則暢通無阻。
Q值是什麼
在討論電感性能時,Q值是最重要的衡量指標。Q值是一種衡量電感性能的指標,它是一個無量綱的參數,用於比較振蕩頻率和能量損耗速率。
Murata公司的高級產品經理Deryl J. Kimbro說:“Q值越高,電感的性能就越接近於理想的無損電感。也就是說,它在諧振電路中的選擇性更好。”
高Q值的另一個好處是損耗低,也就是說電感消耗的能量少。低Q值會造成帶寬較寬,而且在振蕩頻率處及其附近的諧振幅度較低。
電感值
除了Q因yin子zi以yi外wai,電dian感gan的de真zhen正zheng的de量liang度du當dang然ran是shi它ta的de電dian感gan值zhi。對dui於yu音yin頻pin和he電dian源yuan應ying用yong而er言yan,電dian感gan取qu值zhi通tong常chang是shi數shu亨heng利li,而er高gao頻pin率lv應ying用yong通tong常chang需xu要yao小xiao得de多duo的de電dian感gan,通tong常chang在zai毫hao亨heng或huo微wei亨heng範fan圍wei內nei。
電感值取決於幾個因素,其中包括結構、鐵芯尺寸、鐵芯材料以及實際的線圈匝數。電感既有電感值固定的,也有電感值可調的。
其他規格
電感值並不是唯一重要的取值。直流電阻、電流以及自諧振頻率(SRF)是RF電感的數據單中所提供的一些更加有用的規格。
del Mar Villarrubia說:“genjuyingyongchanghedebutong,meizhongtexingdoukenengshixuyaozhongdiankaolvdeyinsubingjuedingqitatexing。liru,ruguoyuanjianjiangyongzailuntaiyalijiancexitongzhong,namedianganzaihenkuandewendufanweineidewendingxingshihenzhongyaode,erzhezhongyaoqiujianghuiqueding磁芯的選擇。”
[page]
額定電流
在選擇電感時,工作電流應該低於說明書中的額定電流。如果工作電流超過額定電流,就可能會損壞產品。
直流電阻(DCR)
Kimbro稱,直流電阻(DCR)yuedingdianliuyouhendadeguanlian。yixianquandianzuweijizhun,zhiliudianzudengyudiangandesunhao。ruguoraoxiandezhijingzengjia,namezhiliudianzuhuijianxiao,eredingdianliuhuizengjia。jiaodaderaoxianzhijingjiangdilesunhaobinggaishanledianliuchulinengli。
Vishay公司電感部門的產品市場經理Doug Lillie說:“直流電阻會限製在不過熱或不發生飽和(感應係數急劇降低)的情況下器件可以傳輸的直流電流。”
自諧振頻率(SRF)
電dian感gan中zhong的de每mei一yi匝za繞rao線xian都dou可ke以yi看kan成cheng一yi塊kuai電dian容rong器qi極ji板ban,匝za與yu匝za之zhi間jian以yi及ji線xian圈quan與yu鐵tie芯xin之zhi間jian電dian容rong的de總zong體ti效xiao果guo可ke以yi用yong與yu電dian感gan並bing聯lian的de單dan個ge電dian容rong來lai表biao示shi,稱cheng為wei分fen布bu電dian容rong(Cd)。這種並聯結構的諧振頻率就稱為自諧振頻率(SRF)。
Lillie說:“在這個頻率,電感看起來就像帶有阻抗的純電阻。如果頻率超過自諧振頻率,這種並聯結構的容抗將成為主要因素。”
疊層片式電感
diecengpianshidianganshishiyongtaocicailiaojiegoutongguojichenggongyizhichengde。taocicailiaojiegoukeyizaigaopinchutigonghenhaodexingneng,erdiecengpianshigongyiyitigonggezhonggeyangdedianganzhi。
diecengpianshiqijiandedianganzhifanweiyaobibomohuokongxinxianquanleidedianganguang,danshibibushangxianraoshiyuanjiandedianganquzhifanweihuoedingdianliu。diecengpianshijishuyinqihenhaodediantexing,tebieshiqidiliandechengben,eryuelaiyueliuxing。
薄膜電感
薄bo膜mo電dian感gan是shi使shi用yong光guang刻ke工gong藝yi生sheng產chan的de,這zhe種zhong工gong藝yi可ke以yi在zai陶tao瓷ci基ji底di上shang生sheng產chan出chu非fei常chang精jing確que的de線xian圈quan模mo式shi,從cong而er滿man足zu苛ke刻ke的de電dian感gan公gong差cha。陶tao瓷ci基ji板ban使shi得de這zhe些xie電dian感gan成cheng為weiRF應用的理想元件。但是,薄膜電感能傳輸的電流較小,而且電感值範圍有限。
線繞式電感
線繞式電感通常用於低頻應用之中。線繞式電感是將銅線繞在陶瓷(氧化鋁)磁芯上製成的。
yinqijiegouhecailiaodeyuanyin,xianraoshidiangankeyitigonghenhaodediantexing。shuipingraoxianjiegoushidegongchahenxiaoerzasandianronghenxiao,ertongxianshidezhiliudianzuhenxiao,congerzengjialepinzhiyinzixingnengyijiedingdianliu。
錐形電感
錐形電感是麵向寬帶和高頻應用的,它的結構 可以展寬線圈的帶寬。錐形電感的實際尺寸較小,通常是用細線繞成的,因此雜散電容較小。
在超寬帶Bias-T器件中,錐形電感同時提供了直流偏置提取或注入路徑,它可以將電源與有源器件隔離。
磁芯的選擇
高頻器件通常使用空心或惰性(也就是陶瓷)磁芯。它們提供了比磁性鐵芯更好的熱性能,但是其電感取值有限。
中zhong頻pin器qi件jian通tong常chang采cai用yong鐵tie芯xin。鐵tie芯xin不bu會hui飽bao和he,但dan是shi無wu法fa提ti供gong鐵tie氧yang體ti磁ci芯xin那na樣yang的de大da電dian感gan值zhi。低di頻pin器qi件jian通tong常chang使shi用yong鐵tie氧yang體ti磁ci芯xin。應ying該gai盡jin可ke能neng地di避bi免mian使shi用yong鐵tie氧yang體ti磁ci芯xin,因yin為wei它ta們men會hui在zai較jiao小xiao的deIdc值處飽和,而且會受溫度的影響(△L/△T)。
廠商們也在開發和使用更新的鐵氧體,如無定形和納米晶體材料。
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