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便携式设备的EMC和ESD设计

2010-08-04 10:01
华静一
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        目前对于许多流行的手机而言,手机的彩色LCD、OLED显示屏或相机模块CMOS传感器等部件,都是通过柔性电路或长走线PCB与基带控制器相连的,这些连接线会受到由天线辐射出的寄生GSM/CDMA频率的干扰。同时,由于高分辨率CMOS传感器和TFT模块的引入,数字信号要在更高的频率上工作,这些连接线会像天线一样产生EMI干扰或可能造成ESD危险事件。

        上述这种EMI及ESD干扰均会破坏视频信号的完整性,甚至损坏基带控制器电路。受紧凑设计趋势的推动,考虑到电路板空间、手机工作频率上的高滤波性能以及保存信号完整性等设计约束,分立滤波器不能为解决方案提供任何空间节省,而且只能提供针对窄带衰减的有限滤波性能,因此目前大多数设计者都使用集成的EMI滤波器。

        随着手机及相机等便携式设备中LCD显示屏分辨率的提高,视频信号的传输速率也越来越高,传统的滤波器方案已慢慢达到它们的技术极限。在配有高分辨率显示屏及嵌入式相机的手机中,信号是通过特定频率(取决于分辨率)从基带ASIC被传送至LCD及内嵌的相机上。视频分辨率越高,数据工作的频率亦越高。比如,对于30至60万像素的相机模块来说,时钟频率大约介于6至12MHz之间。因此建议将滤波器(上下)截止频率选择在30至50MHz范围内。随着分辨率的提高到数百万像素,时钟频率已超过60MHz,这要求滤波器的截止频率高达300MHz。
 


图1:新型滤波器单元结构(串联电阻为100欧姆,线电容为20pF)
 


图2:新型RC滤波器S21参数曲线。
 


图3:英联电子LC滤波器单元结构。


        面对手机行业的这些发展趋势,传统的RC滤波器解决方案正在达到其极限。为满足手机视频信号的不断增高以及更强的抗ESD浪涌能力需求,英联电子开发出基于LC结构的新一代EMI滤波器。这种集成的LC滤波器结构可用来提供高达350MHz的截止频率,可支持时钟频率超过60MHz的数据速率。同时它能提供出色的滤波性能,在800MHz至2.5GHz的频率范围内衰减特性优于-25dB。 图4显示了采用此滤波器基本单元架构的S21参数指标。除滤波功能外,集成输入TVS管还能抑制高达15kV的空气放电ESD冲击,达到了IEC61000-4-2第4级工业标准所要求的性能水平。
 


图4:英联电子LC滤波器的S21参数曲线.


        英联电子的低电容EMI滤波器UM4411、UM6411、UM8411支持4、6及8线配置,每一种配置均包含侧接有TVS管的PI型RC滤波网络。器件采用了0.4mm管脚间距的QFN封装,可以为超薄手机的设计师们提供更为宽裕的设计空间。尤其在PCB的布板上,目前一些显示屏 I/O连接座的管脚间距都是0.4mm,使用0.4mm管脚间距DFN封装的EMI滤波器将有助于系统工程师布板。在器件的选择上,应根据数据通道的数量进行合理选择,图5中显示了使用一个8通道的滤波器和两个4通道滤波器在布板上的一些优势;同时选用一个8通道滤波器也比两个4通道滤波器的成本要低。
 


图5 EMI滤波器管脚间距对布板的影响.

 

 

 

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