北斗七星高,哥舒夜带刀。至今窥牧马,不敢过临洮。 - 《哥舒歌》
盛唐名将哥舒翰,勇而有谋,仗义疏财,屡破吐蕃,这首《哥舒歌》便是西部边民对哥舒翰赫赫战功的赞歌。
而如今的智能手机中,在音频电路上到处都有磁珠身影,可谓是消耗大户。其作用就像哥舒翰一样,威震敌国,卫戍边疆,阻挡其他模块(比如射频等)的侵袭干扰。

背景
人的耳朵是上帝给的礼物,高度灵敏,甚至能触及灵魂。有时候稍微有点噪声,稍微有点失真都能听出来。高品质的音质是手机的一个重要卖点,厂商所宣传的“HIFI”,就是在强调他家手机音质好到能让耳朵怀孕。
但我们都知道,手机是一个高度复杂、内卷的系统,集成了各种高速数字电路、高速总线、射频电路(2G/3G/4G/5G、Wi-Fi、蓝牙、GPS)。
问题在于,它们挤在一起,就像一群女生在办公室互相八卦吃瓜一样,各个模块因为距离过于靠近的因素,多多少少相互耦合,从而相互干扰。比如数字模块和射频模块的噪声很容易通过各种方式(电源线、地线、空间耦合)串入敏感的音频电路,产生人耳可闻的“滋滋”声,比如著名的217Hz TDD noise。
此外,除了抵御别的模块的干扰,也要防止自己干扰别人,比如手机中的D类功放的输出线的开关波形容易对外辐射电磁噪声,易对手机的天线造成干扰,使接收灵敏度降低。
在手机音频电路上,为了防止干扰别人以及别人干扰自己,一般使用铁氧体磁珠作为和事佬进行静噪,磁珠在这里的核心作用就是隔离与滤波。下面是TDK公司所归纳的,手机音频场景中所用到的磁珠。

原理
磁珠与电感不同,如下图,电感的主要特性是储能,阻抗随频率升高而升高(XL=2πfL),Q值好,常用于LC滤波、谐振等。
而磁珠的等效电路是电阻R和电感L的串联,Q值低,电阻值R会随频率急剧变化,在高频下呈现出电阻特性。

如下图,我们以一个π型滤波电路为例,如果中间的器件是磁珠,则有下图:

如上图,磁珠的阻抗-频率曲线看起来像个山峰一样,有一个峰值矗在那里。
- 在低频段时,磁珠的阻抗不大,电感分量起主导作用,构成CLC π型滤波。
- 随着频率的升高,电阻增大,并且存在一个交叉点,当超过交叉点后,电阻将起到主导作用,将噪声转换为热能,这属于物理超度,从肉体上进行清除(相比之下,电感就不是物理超度,它不耗能)。
- 而在更高频段,π型滤波中电容相当于电感,磁珠相当于电容,此时就是高通滤波电路,没有静噪的作用了。
可见磁珠不是乱用的,特定的磁珠能够对特定频段的信号,以发热的形式消耗掉。因此需要根据所需要滤除的频段而选择磁珠。在目标频段内,要让电阻成分R成为主导才行,因为这才是能真正消耗能量的。除此之外,磁珠对音频通路并非毫无影响,可能会引入THD问题,也是要加以关注的。
以TDK磁珠为例,选型的示例如下图。

其他参数
选用磁珠时,除了阻抗曲线,还有其他的参数,列举如下:
- 额定电流:尤其在功率线上应用时要注意。额定电流指在正常工作条件下,磁珠能够持续安全通过的最大电流,规格书中都有写明。在选择磁珠时,应确保电路的最大电流低于磁珠的额定电流,并且留一些余量设计。
- 直流偏置:此外还要注意磁珠在直流偏置下的阻抗-频率曲线,通常来说,随着偏置电流的增大,磁性材料有趋于饱和的特性,导致曲线的偏移,影响到干扰噪声的抑制效果。
- 直流阻抗(DCR):越低越好,尤其在电源路径上,以减少功率损耗和压降。
