作者：黃剛

PCB設計會存在各種大大小小的誤區，有的誤區很容易用簡單的理論進行解釋，有的卻顯得神秘而難懂。高速先生最近和粉絲們的互動中驚訝的發現，磁珠對電源紋波可能會存在反面影響這個誤區原來一直都是謎一樣的存在…

高速先生曾經問過很多硬件的朋友們，為什么在轉換電源時要加磁珠，基本上我們得到的答案都是兩個字：隔離！的確，從硬件原理來說，磁珠放在電源轉換的前后級，的確能限制快速切換的電流帶來的紋波從前級擴散到后級，從而把紋波局限在某個范圍，不會擴散到該電源的全部區域，然而真正實踐起來的時候，結果可能會讓你大跌眼鏡。

這個高速先生接觸過的一個有意思的案例，客戶找到我們來做debug。既然是做debug，顧名思義就是板子的調試出了問題，然后想讓高速先生幫忙找到原因咯。

客戶的PCIE信號總會偶爾存在通信失敗的問題，客戶定位到是PCIE電源的紋波過大的原因造成的。客戶也提供了他們對電源的測試波形，如下所示，峰峰值達到160mV。

然后我們打開客戶的原理圖和PCB設計，發現是一個從1．8V主電源通過磁珠轉換得到的PCIE電源。1．8V是通過DC－DC電源芯片從高電壓轉換而來的，我們看到前段的濾波設計是做得不錯的，在電源輸出端放上了大電容（uF級），符合我們常規的設計。

那么問題到底出在哪里呢？為什么轉換后的電源紋波會變得那么大？我們把測試到的紋波轉換到頻域來看，發現大多數紋波的頻率分量都在450kHz，這個數值讓高速先生想起了DC－DC電源的開關頻率也在這個范圍。果然，一查下該電源芯片的datasheet，發現和電源芯片的開關頻率是很接近的，因此高速先生懷疑是開關噪聲通過鏈路帶給了這個轉換后的電源。然后我們對該電源鏈路進行一個頻域的仿真，從仿真結果可以看到，經過該磁珠之后，該電源在450kHz附近出現了明顯的反諧振點。

從頻域仿真的結果表明，使用該磁珠和后面的電容配合進行濾波和隔離后，由于本身磁珠和電容的效應，的確是能濾掉高頻的紋波分量，但是卻會在kHz的頻段出現反諧振點，如果剛好電源的開關頻率產生了這個頻段的噪聲，實際上噪聲會一直傳遞到電源的接收端，不能被濾掉之類，還會把噪聲的幅度提高。

關于電源濾波這個原理，在文章這里就不展開了，大家可以去觀看高速先生隊長親自拍攝的視頻，獲得更多的知識點哈。

那我們繼續往下講哈，大家都知道高速先生的風格，喜歡把一個案例講到極致。還是那句話，很多硬件工程師都不太喜歡用頻域去看問題，那我們更形象的對該紋波進行時域的仿真。我們假定在電源芯片的輸出端產生了450kHz的噪聲，峰峰值50mV，如下所示：

那么大家能猜想到接收端的電源會產生多大的紋波嗎？

會比噪聲小一丟丟？會基本上濾掉？還是。。。對！不僅不會濾掉，還會增大！！！

是的，就是這個效果。

那么可能還有很多朋友還會問兩個問題，一是為什么會這樣呢？二是要如何解決呢？要是講到這里就停下，我猜很多粉絲會有意見，那么高速先生就繼續往下講哈。

原因的話，我們知道，磁珠其實和電感是類似的，在高頻時表現為高阻抗的物體，因此電感和電容會在某個頻點發生反諧振，這是跟電容和電感的具體容值感值是有關系的，本文的例子中，我們在磁珠后面添加的是比較小的電容，因此配合到這一款磁珠的屬性，剛好會在幾百kHz處產生了諧振點，更不巧的是，剛好電源的開關噪聲在這個頻段，因此就產生了本文的這個案例了。

最后再說一下本案例的解決方法哈，我們知道了產生的原因之后，就把其中一個電容換成更大的10uF的電容。

從仿真結果來看就能有很明顯的優化，完全消除了這個反諧振點。

當然也成功幫助客戶解決了問題，PCIE的通信就不再出問題了，這時候再讓客戶測試下噪聲的話，也變得比較小了。

審核編輯：符乾江