Marin说PCB之CoilcraftBourns POC 电感的性能对比

       十一小长假本来是一件美好事情。可是天有不测风云，小编我却有祸兮来了。本来是公司的硬件同事强哥要回以色列了，最近他们国家那边都在打仗，强哥本着舍身为国的精神回国抗战去了。小编我就想着在他回国之前搞了篮球比赛送别一下他呢，结果在比赛中，小编我使出了一个亢龙不悔旋风式灌篮把自己膝盖那边扭伤了，结果就是十一假期躺在医院做了半月板手术了。

人真的是不服老不行啊，当年这种灌篮对小编来说都是小菜一碟的，结果这次却不幸受伤了，还要修养很久，而且医生还说我以后尽量不要灌篮啥的了，建议最好不要打篮球和剧烈运动之类的了，小编我听过后心里那是相当的难受啊。

好了我们言归正传了，小编我居家办公的时候测试的同事吴亦凡说他那边他有一个Coilcraft&Bourns POC 电感需要我帮忙做一些仿真对比，他那边已经做好实测了，想让我帮忙做一下仿真看下相应的S参数。板子的层叠如下所示：4层板的。

连接器的封装实物如下图所示：

PCB的板子的厚度是和这个连接器的封装有关系的，不是你随便就可以定一个数值的，这个在手册上是有标注的：

板子的PCB设计图如下所示：

测试的同事说想把之前的POC上的一级二级电感从之前的线艺的换成Bourns家的。电阻的阻值也是从之前的5.1K换成3.3K的，（GMSL2 6Gbps / 187Mbps二级电感方案）看一下实际仿真效果图。

小编我找了测试同事吴亦凡要了一份之前的测试结果图数据导入到仿真软件中，如下所示

从上图来看：

低频 ：Bourns RL（S11）和IL (S21)均比 Colicraft要差原因：Bourns电感的Q值（ESR小）＞ Coilcraft电感Q值（ESR大）

高频：Bourns 的RL(S11)近似等于 Colicraft 的RL(S11)，Bourns 的IL(S21)  是要优于 Colicraft 家的。这个时候有一个新的名词小编我在这边给大家介绍一下，若有知道的大神们可以直接略过这个点了。

电感的Q值:电感的Q值也叫作品质因数，其为无功功率除以有功功率。简单理解的话，就是在一个信号周期内，无功功率为电感存储的能量，有功功率为电感消耗的能量。

Q=无功功率/有功功率

电感一般使用频率远小于其自谐振频率，因此寄生电容可以忽略，此时无功功率主要由电感产生，所以Q等于wL除以Rs

Q=无功功率/有功功率=JWL/Rs

这里有一点需要大家注意的是，这里的Rs并不是电感的直流导通电阻Rdc，它包含了电感的所有损耗，我们可以称之为等效串联总电阻。

对电感来说，在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。要计算线圈的Q值，请使用以下公式：

Q=2πFL/R

其中Q表示的是线圈的质量数值也就是我们常说的品质因子,F为频率，R则表示的是高频率的直接电阻的分量。

Q还有一个公式定义：

实线的曲线是高Q电感的曲线，虚线的是低Q的曲线；如之前有列过Q和Bw的公式，Q越大，Bw越窄，过了谐振点后的阻抗曲线下落明显，是否就意味着电容分量越大；Q越小，Bw越宽；是否也就意味着过了谐振点后电容分量更小；这样，降低Q值了，电路的反谐振的概率就低了。同样的道理，几个容值相差很多电容并联，也会产生反谐振，也是在当中串（注，电容的情况时串阻尼电阻）来破坏其反谐振点（其实也是降低了电容的ESL分量）.

解释了那么多了，我们应该如何调整电路中的Q值呢？

首先我们知道了电感Q值= 2Πf*L/R，电感并联阻尼电阻Q’ =2Πf*R ’ /L，注意，其中的R ’为并联的电阻R与电感的ESR组成的等效电阻，而不是一个单一的并联的阻尼电阻的阻值，这个一定要区分开来的。阻尼电阻R无穷大（等于没有并联电阻时），该Q’=电感本生的Q。还有一点需要注意的就是我们的阻尼电阻并联在电感两端是用于降低Q值的。

小编我基于Bourns POC电感模型搭建仿真环境，线艺 GMSL2 6Gbps / 187Mbps二级电感方案,其中一二级的电感换成了Bourns,仿真原理图信息如下，设计中采用了6Gbps/187Mbps的速率配置,二级电感的并联电阻由5.1K改成了3.3K.

IL的仿真结果如下图所示：

RL的仿真结果如下图所示：

  IL的仿真和实测的结果对比如下图所示：

RL的仿真和实测的结果对比如下图所示：

从上面的仿真加上实测的结果我们可以得出的结论就是；在仿真和实测条件下并联电阻阻值越小，S21和S11的表现就更好一些，而且仿真的表现是优于实测的数据的，因为实测的仿真的值给你的搭建的仿真环境和焊接等都有关系的。

在线艺 GMSL2 6Gbps / 187Mbps二级电感方案,由于其中一二级的电感其官网上面是没有提供相应的S参数的，我们只能自己在线艺的官网上对应型号spice模型的等效电路了了。例如，二级电感的型号：1210POC-223MRC，在其官网上找到对应的spice模型的等效电路，如下图所示。同样一级电感也是这样搭建等效电路的。（这个之前没有S参数模型的，现在有了，大家也可以不用手动去搭建了）

仿真原理图信息如下，设计中采用了6Gbps/187Mbps的速率配置,二级电感的并联电阻由5.1K改成了3.3K。

IL的仿真结果如下图所示：

RL的仿真结果如下图所示：

IL的仿真和实测的结果对比如下图所示：

RL的仿真和实测的结果对比如下图所示：

从上面的仿真加上实测的结果我们可以得出的结论就是；在仿真和实测条件下并联电阻阻值越小，S21和S11的表现就更好一些，而且仿真的表现也是优于实测的数据的。

以下是我们仿真的Coilcraft和Bourns的POC IL(插损)结果对比（限值是按GMSL2 6Gbps规范要求），二级电感的并联电阻由5.1K改成了3.3K。

一，Coilcraft Bourns 3.3K & 5.1K 并联电阻 S21对比如下：

 结论：

 1. Coilcraft Bourns 在相同阻值的条件下， Coilcraft S21结果优于 Bourns。

 2. Coilcraft Bourns 在不同阻值的条件下，并联电阻越小 S21 越好。

二，Coilcraft Bourns 3.3K & 5.1K 并联电阻 S11对比：

结论：

 1. Coilcraft Bourns 在相同阻值的条件下， Coilcraft S11结果优于 Bourns。

 2. Coilcraft Bourns 在不同阻值的条件下， 并联电阻越小 S11 越好。

小编我也找了测试的吴亦凡同学要了几组不同阻值的测试结果图：

 其中3.3K的电阻的实际测量结果如下所示：

5.1K电阻的实际测量结果如下所示：

这些测量的数值是可以保存成S参数的格式导入到我们的仿真软件中的，至于如何保存小编我也不在一一赘述了。最后我们最终得出的结果就是：Bourns POC电感并联电阻使用4.7K 或 5.1K S11 符合要求 S21比较Margin ；使用2.7K 或 3.3K 能够满足 S11 S21 要求，但从整体隔离度（S31这个仿真图片我没有放上去）及物料使用情况考虑 选用3.3K 电阻作为Bourns电感 GMSL2 6Gbps的首选物料。

总之我们在POC电路设计中电感的选型是很重要的，而且与之搭配的电阻的阻值也是很有讲求的，不是随便选个就好的，以上就是这次文章的所有内容了，我们下期文章再见。最后小编再说一句话就是锻炼身体要适当，科学健身，运动适量，可别像小编这样就得不偿失了。