【元件篇②】反射和吸收噪声的贴片磁珠

数字信号的矩形(方形)波是各种频率成分的聚集

无论是多么复杂的周期性信号波，都由基本频率的正弦波及其整数倍的高谐波构成。它在数学上的明确证明，是19世纪法国数学家傅里叶所算出的傅里叶级数展开。用于解析信号波形的FFT（快速傅里叶转换）分析仪（频谱分析仪）就是利用了这个原理。用FFT分析仪来分析各种乐器声、人声等声音的频谱的话，就会发现它们是由基本波和高谐波构成的。

数字信号的矩形（方形）波也是由基本频率的正弦波及其奇数倍的高谐波构成的。波形的高低可以由数字信号的0或1表示，但在电子设备中，因为信号线中存在重叠噪声，矩形（方形）波的波形会紊乱，若无对策的话，就会产生各种恶劣影响。

信号线中有电流时，会产生磁感线。此外，信号线含有电阻成分，而信号线和地面间也存在看不见的电容器成分，称为浮游容量（存在电势差的2根导线间生成的静电容量）。信号线中存在这类电路图上没有标注的“隐藏元件”，因此即使输入信号是理想的矩形波，波形也会歪曲，变成弯弯扭扭的波浪形（振铃效应）。尤其是发信和收信端的阻抗（交流电路中的电阻）不足时，信号线交界处的信号会以反射波形式返回，导致电路运转故障，并变为噪声向周围辐射。

此外，在电路元件密度高的手机等设备里，元件自神辐射的噪声会干扰附近的内置天线，导致收信灵敏度降低。这就是所谓的“自身中毒”问题了。

贴片磁珠巧妙地利用了铁氧体的特性，常作为噪声问题简便而有效的对策。贴片磁珠的命名来自项链等首饰采用的圆珠。这是因为它们起初是采用导线贯穿中空铁氧体的方式制成的。此后，随着电子元件的小型化需求，铁氧体元件中采用了积层工艺等技术，用贴片磁珠来形成线圈构造。虽然不再是中空的构造了，但当初的“磁珠”名称却流传了下来。

贴片磁珠兼具电感器和电阻的性质

噪声和信号一样都是电能。为什么铁氧体的贴片磁珠能选择性地去除噪声成分呢？

噪声一般比信号的频率更高，因此在高频领域拥有高阻抗的贴片磁珠会选择性地作用于噪声，而忽视低频的信号，允许它原样通过。不过，贴片磁珠和LPF（低通滤波器）的区别在于，它兼具电感器和电阻的性质。在噪声频率相对较低的领域，贴片磁珠主要发挥电感器功能，以反射噪声的方式防止它。随着频率提高，阻抗也会提高，超过某个频率后，阻抗会急剧减小，噪声反射特性也会急剧减弱。这个频率称为自我共振频率。

此时，贴片磁珠的电感器作用改变，开始发挥电阻作用。也就是说，面对高频噪声时，电阻成分会吸收它，并转换为热量排出。贴片磁珠能够去除大频率区间内的噪声的原因就在于此。其功能切换时的频率为电阻成分（R=电阻）和电感器成分（X=电抗）相等的点，称为R-X交点。

选择贴片磁珠时重要的R-X交点

就像感冒药也需要对症下药一样，选择贴片磁珠时也要妥善考虑各种频率 - 阻抗特性。在贴片磁珠的使用方面，R-X交点非常重要。R-X交点在高频一侧的贴片磁珠主要表现出类似电感器的性质，R-X交点在低频一侧的片状磁珠主要发挥出类似电阻的功能。

虽然也取决于信号的频率，但一般来说，R-X交点越靠近低频侧，振铃等效应就越少，就能更有效地修正波形的歪曲。不过，选择时需要注意不要让需要的信号衰减。另外，直流电阻高的话，消耗的电力也大，且信号强度会降低，因此直流电阻需要尽可能的低。

可应对GHz频带噪声的Gigaspira结构的贴片磁珠

铁氧体磁珠凭借积层工艺实现了片状和小型化，但随着电子设备的高频化，新的问题又浮现了出来。这便是端口电极和螺旋状内部电极间的浮游容量，对元件的性能提升造成妨碍的问题。由于在大频率范围内都具有高阻抗，铁氧体磁珠成为了对抗噪声的简便而有效的元件，但在高频领域，电极间的浮游容量会降低阻抗。

作为该问题的解决办法，人们引入了积层贴片电感器中也用到了的吉格斯结构的贴片磁珠。以前，贴片磁珠的内部导体螺旋在积层时与电极方向垂直，而这种新工艺的积层方向则与电极相同。这样一来，端口电极和内部电极间的浮游容量得到了显著抑制，直到GHz的范围内都能轻松应对，实现了泛用而出色的性能。

TDK的贴片磁珠包括信号线用的超小型产品，以及高频领域的高阻抗吉格斯结构产品、能应对电源线大电流的产品、车载专用产品等，品类丰富。TDK今后也会运用独有的铁氧体技术，在更大的频率范围中，施展效果显著的除噪功能。