器件 选型是硬件工程师的基本工作，本文主要从电感 的工艺 和应用出发，介绍电感 如何选型。
电感 ，和电容 、电阻 一起，是电子学 三大基本无源器件 ；电感 的功能就是以磁场能的形式储存电能 量。如上图所示，当恒定电流流过线圈时，根据右手螺旋定则，会形成一个图示方向的静磁场。而电感 中流过交变电流，产生的磁场就是交变磁场，变化的磁场产生电场 ，线圈上就有感应电动势 ，产生感应电流： 以上就是楞次定律 ，最终效果就是电感 会阻碍流过的电流产生变化，就是电感对交变电流呈高阻抗 。同样的电感 ，电流变化率越高，产生的感应电流越大，那么电感呈现的阻抗就越高；如果同样的电流变化率，不同的电感，如果产生的感应电流越大，那么电感呈现的阻抗就越高。 所以，电感 的阻抗 于两个因素有关：一是频率；二是电感 的固有属性，也就电感的值，也称为电感。根据理论推导，圆柱形线圈的电感公式如下： 实际电感 的特性不仅仅有电感的作用，还有其他因素，如： 绕制线圈的导线不是理想导体，存在一定的电阻 ；
电感 的磁芯存在一定的热损耗；
电感 内部的导体之间存在着分布电容 。
因此，需要用一个较为复杂的模型来表示实际电感 ，常用的等效模型如下： 等效模型形式可能不同，但要能体现损耗和分布电容 。根据等效模型，可以定义实际电感 的两个重要参数。 自谐振频率(Self-Resonance Frequency) 由于Cp的存在，与L一起构成了一个谐振电路 ，其谐振频率便是电感 的自谐振频率。在自谐振频率前，电感的阻抗 随着频率增加而变大；在自谐振频率后，电感 的阻抗随着频率增加而变小，就呈现容性。 也就是电感 的Q值，电感储存功率与损耗功率的比，Q值越高，电感的损耗越低，和电感的直流阻抗 直接相关的参数。自谐振频率和Q值是高频电感 的关键参数 2.1 绕线电感 (Wire Wound Type) 顾名思义就是把铜线绕在一个磁芯上形成一个线圈，绕线的方式有两种： 由前文的公式可知，磁芯的磁导率越大，电感 值越大，磁芯可以是 绕线电感 可提供大电流、高感值；磁芯磁导率越大，同样的感值，绕线就少，绕线少就能降低直流电 阻；同样的尺寸，绕线少可以绕粗，提高电流。 另外，电源 设计 中，经常遇到电感 啸叫的问题，本质就是磁场的变化引起了导体，也就是线圈的振动，振动的频率刚好在音频范围内，人耳就可以听见，合金一体成型电感，比较牢固，可以减少振动。 2.2 多层片状电感 (Multilayer Type) 多层片状电感 的制作工艺 ：将铁氧体或陶瓷浆料干燥成型，交替印刷导电浆料，最后叠层、烧结成一体化结构(Monolithic)。 引自The Wonders of Electromagnetism 多层片状电感 的比绕线电感尺寸小，标准化封装 ，适合自动化 高密度贴装；一体化结构，可靠性 高，耐热性好。 2.3 薄膜电感 (Thin Film Type) 薄膜电感 采用的是类似于IC制作的工艺 ，在基底上镀一层导体膜，然后采用光刻 工艺形成线圈，最后增加介质层、绝缘层、电极 层，封装 成型。 光刻 工艺 的精度很高，制作出来的线条更窄、边缘更清晰。因此，薄膜电感 具有更小的尺寸，008004封装
更小的Value Step，0.1nH
更小的容差，0.05nH
更好的频率稳定性
电感 ，从工艺 技术上，领先的基本上是三大日系厂商：TDK 、Murata 、Taiyo Yuden。这三家的产品线完整，基本上可以满足大多数需求。 三家都有相应的选型软件 ，有电感 、电容 等所有系列的产品及相关参数曲线。 个人感觉TDK 和Murata 更领先一点，从官网的质量看出来的，像Coilcraft的官网就low一点，毕竟网站也是需要投资的。 功率电感 ：主要用于电压转换，常用的DCDC电路都要使用功率电感；
去耦电感 ：主要用于滤除电源线 或信号线上的噪声 ，EMC 工程师应该熟悉；
高频电感 ：主要用于射频 电路，实现偏置 、匹配、滤波等电路。
3.1 功率电感 功率电感 通常用于DCDC电路中，通过积累并释放能量来保持连续的电流。 图出自Murata Chip Inductor Catalog 多层片状功率电感 也越来越多，通常电感值和电流都较低，优点是成本较低、体积超小，在手机等空间限制较大的产品中有较多应用。 图出自Murata Chip Inductor Catalog 功率电感 需要根据所选的DCDC芯片来选型。通常，DCDC芯片的规格书上都有推荐的电感值，以及相关参数的计算，这里不再赘述。从电感本身的角度来说明如何选型。 通常应使用DCDC芯片规格书推荐的电感 值；电感值越大，纹波越小，但尺寸会变大；通常提高开关频率，可以使用小电感，但开关频率提高会增加系统损耗，降低效率； 功率电感 一般有两个额定电流，即温升电流和饱和电流 ； 当电感 有电流通过的时候，由于损耗的存在，电感发热而产生温升，电流越大，温升越大；在额定的温度范围内，允许的最大电流即为温升电流。 增加磁芯的磁导率，可以提高电感 值，通常使用铁磁性材料 做磁芯。铁磁性材料 存在磁饱和现象，即当磁场强度超过一定值时，磁感应强度不在增加，即磁导率下降了，也就是电感 下降了。在额定电感值范围内，允许的最大电流即为饱和电流 。 磁滞回线： 磁性材料 -------铁氧磁体,比重计，多孔性材料 密度仪，液体密度计，固体颗粒体积测试 仪，磁性材料密度仪。通常对DCDC电路设计 ，要计算峰值（PEAK）电流和均方根（RMS）电流，通常规格书中会给出计算公式。 温升电流是对电感 热效应 的评估，根据焦耳定律，热效应需要考虑一段时间内的电流对时间的积分；选择电感 时，设计 RMS电流不能超过电感 温升电流。 为了保证在设计 范围内电感 值稳定，设计峰值电流不能超过电感的饱和电流 。 为了提高可靠性 ，降额设计 是必须的，通常建议工作值应降额到不高于额定值的80%。当然降额幅度过大会大幅提高成本，需要综合考虑。 电感 的直流电 阻会产生热损耗，导致温升，降低DCDC效率；因此，当对效率敏感时，应选择直流阻抗 低的电感 ，例如15毫欧。还有就是根据产品的应用温度要求、是否需要满足RoHS、汽车级Q200等标准的要求、还有PCB 结构限制。 大电流的应用，电感 的漏磁就会相当可观，会对周围电路，例如CPU 等造成影响。我之前就遇到过X86 的CORE电的电感 漏磁造成CPU无法启动的现象。因此，大电流应用，应选择屏蔽性能好的电感并且Layout 时注意避开关键信号。 去耦电感 也叫Choke，教科书上通常翻译成扼流圈 。去耦电感 的作用是滤除线路上的干扰，属于EMC 器件 ，EMC工程师主要用来解决产品的辐射发射(RE)和传导发射(CE)的测试 问题。 去耦电感 ，通常结构比较简单，大都是铜丝直接绕在铁氧体环上。个人觉得可以分为差模电 感和共模电感 。这里不再赘述共模和差模的概念。 差模电 感就是普通的绕线电感 ，用于滤除一些差模干扰，主要就是与电容 一起构成LC滤波器 ，减小电源 噪声 对于220V市电 ，差模干扰就是L相到N相之间的干扰；对POE来说，就是POE+和POE-之间的干扰；对于主板上的低压直流电 源，其实就是电源 噪声 • 通过测试 确定噪声 的频段，根据电感 的阻抗 曲线选择电感 ； 磁珠(Ferrite Bead)，也常用来滤除主板上的低压直流电 源的噪声 ，但磁珠与去耦电感 有区别的。 • 磁珠是铁氧体材料 烧制而成，高频时铁氧体的磁损耗(等效电阻 )变得很大，高频噪声 被转化成热能耗散了； • 去耦电感 是线圈和磁芯组成，主要是线圈电感起作用； 共模电 感就是在同一个铁氧体环上绕制两个匝数相同、绕向相反的线圈。 换一个方式理解：当V+上流过一个频率的共模干扰 ，形成的交变磁场，会在另一个线圈上形成一个感应电流，根据左手定则，感应电流的方向与V-上共模干扰的方向相反，就抵消了一部分，减小了共模干扰。 共模电 感主要用于双线或者差分系统，如220V市电 、CAN总线 、USB 信号、HDMI 信号等等。用于滤除共模干扰 ，同时有用的差分信号衰减较小。 直流阻抗 要低，不能对电压或有用信号产生较大影响；
用于电源线 的话，要考虑额定电压和电流，满足工作要求；
通过测试 确定共模干扰 的频段，在该频段内共模阻抗 应该较高；
差模阻抗 要小，不能对差分信号的质量产生较大影响；
考虑封装 尺寸，做兼容性 设计 。例如用于USB 信号的共模电 感，选择封装 可以与两个0402的电阻 做兼容，不需要共模电 感时，可以直接焊0402电阻 ，降低成本。
如果共模干扰 频率在10MHz左右，滤波效果很好，但如果是100kHz，可能就没什么效果。如果差分信号速率较高，100M以上，可能就会影响信号质量。 3.3 高频电感 高频电感 主要应用于手机、无线路由器 等产品的射频 电路中，从100MHz到6GHz 都有应用。 匹配(Matching)：与电容 一起组成匹配网络，消除器件 与传输线之间的阻抗 失配 ，减小反射和损耗；
滤波(Filter )：与电容 一起组成LC滤波器 ，滤出一些不想要的频率成分，防止干扰器件 工作；
隔离交流(Choke)：在PA等有源射频 电路中，将射频信号与直流偏置 和直流电 源隔离；
谐振(Resonance)：与电容 一起构成LC振荡电路，作为VCO的振荡源；
巴仑(Balun)：即平衡不平衡转换，与电容 一起构成LC巴仑，实现单端射频 信号与差分信号之间的转换。
之前介绍的三种结构，都可以用来制作高频电感 ，下面介绍下他们的特点： 多层型通过烧结，形成一个整体结构，或叫独石型(Monolithic) 图出自Murata Chip Inductor Catalog 多层片状电感 的，相比于其他两种就是Q值最低，最大的优势就是成本低，性价比高，适合于大多数没有特殊要求的应用。TDK 和Taiyo Yuden的高频电感 都只有多层型，没有绕线型和薄膜型。 TDK 的MLK系列、Murata 的LQG系列、Taiyo Yuden的HK系列，这三个系列的产品基本一样，最便宜，性价比高。当然随着工艺 技术的提升，现在也有高Q值系列的多层片状电感 ，例如TDK 的MHQ系列、太阳诱电 的HKQ系列。 TDK 的多层电感 做的更好更全，还有一个MLG系列，有0402封装 ，感值可以做0.3nH，Value Step 0.1nH，容差0.1nH，接近薄膜电感 的性能，价格还便宜。现在的工艺 水平已经越来越高，绕线电感 也可以做到0402封装 。 图出自Murata Chip Inductor Catalog 绕线型工艺 ，其导线可以做到比多层和薄膜结构粗，因此可以获得极低的直流电 阻。也意味着极高的Q值，同时可以支持较大的电流。将无磁性的陶瓷芯换成铁氧体磁芯，可以得到较高的感值，可以应用与中频 。 Murata 的LQW系列可以做到03015封装 ，最小感值1.1nH；Coilcraft的0201DS系列，可以做到0201封装，号称世界上最小的绕线电感 。采用光刻 工艺 ，工艺精度极高，因此电感 值可以做到很小，尺寸也可以做到很小，精度高，感值稳定，Q值较高。 图出自Murata Chip Inductor Catalog Murata 的LQP系列，可以做到01005封装 ，高精度产品的容差可以做到0.05nH，最小感值可以到0.1nH，这三个参数值可以说是当前电感 的极限了。其他，像Abracon的ATFC-0201HQ系列也可以做到最小0.1nH。Murata 有三种工艺 的高频电感 ，选择了同感值(1.5nH)、同封装 、同容差的电感 对比。可以看出绕线型的Q值明显高于其他两种，而薄膜型的电感 值的频率稳定性高于其他两种。当然，多层型的成本明显低于其他两种。 选择高频电感 时，除了需要确定电感值、额定电流、工作温度、封装 尺寸外，还要关注自谐振频率、Q值、电感 值容差、电感值频率稳定性。 电感 值通常需要根据仿真 、实际调试或者参考设计 来确定。大多数情况，多层片状高频电感 已能满足要求，一些特殊场合可能需要关注：电感 值较大，自谐振频率较低，需要注意工作频率应远低于自谐振频率。
大功率射频 设备 ，PA偏置 电流较大，需要选择绕线型以满足电流要求；同时大功率设备温升较高，需要考虑工作温度；
对于一些宽带设备 ，需要电感 值在带宽 内稳定，那么应选择薄膜电感 ；
对于高精度的VCO电路中，作为LC谐振源，只有薄膜电感 能提高0.05nH的容差；
像手机、穿戴式设备 ，尺寸可能是最关键的因素，薄膜电感 可能是比较好的选择。
有一些高频电感 具有方向性，贴片 安装的方向对电感 值有一定影响，如下图所示： 引自Why is there a direction mark on inductors? 可以看出，标记点朝侧面，感值变化较大，所以贴片 时应注意让电感 上的标记点朝上。 另外，Layout 时，应注意两个电感 不能紧邻着放置，至少距离20mil以上。原因就是磁场会相互影响，从而影响感值，参考前文共模电 感示意图。 结语： 选型要清楚器件 的原理和应用，综合考虑成本、降额、兼容性 等多种因素。 ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧ ‧
