《電子技術(shù)應(yīng)用》
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EMC和ESD防護技術(shù)
摘要: 隨著手機及相機等便攜式設(shè)備中LCD顯示屏分辨率的提高,視頻信號的傳輸速率也越來越高,傳統(tǒng)的濾波器方案已慢慢達(dá)到它們的技術(shù)極限。
關(guān)鍵詞: EMC|EMI 防護 ESD EMC
Abstract:
Key words :

隨著手機及相機等便攜式設(shè)備中LCD顯示屏分辨率的提高,視頻信號的傳輸速率也越來越高,傳統(tǒng)的濾波器方案已慢慢達(dá)到它們的技術(shù)極限。在配有高分辨率顯示屏及嵌入式相機的手機中,信號是通過特定頻率(取決于分辨率)從基帶ASIC被傳送至 LCD及內(nèi)嵌的相機上。視頻分辨率越高,數(shù)據(jù)工作的頻率亦越高。比如,對于30至60萬像素的相機模塊來說,時鐘頻率大約介于6至12MHz之間。因此建議將濾波器(上下)截止頻率選擇在30至50MHz范圍內(nèi)。隨著分辨率的提高到數(shù)百萬像素,時鐘頻率已超過60MHz,這要求濾波器的截止頻率高達(dá) 300MHz。

       目前對于許多流行的手機(尤其是翻蓋型手機)而言,手機的彩色LCD、OLED顯示屏或相機模塊CMOS傳感器等部件,都是通過柔性電路或長走線PCB與基帶控制器相連的,這些連接線會受到由天線輻射出的寄生GSM/CDMA頻率的干擾。同時,由于高分辨率CMOS傳感器和TFT模塊的引入,數(shù)字信號要在更高的頻率上工作,這些連接線會像天線一樣產(chǎn)生EMI干擾或可能造成ESD危險事件。

  上述這種EMI及ESD干擾均會破壞視頻信號的完整性,甚至損壞基帶控制器電路。受緊湊設(shè)計趨勢的推動,考慮到電路板空間、手機工作頻率上的高濾波性能以及保存信號完整性等設(shè)計約束,分立濾波器不能為解決方案提供任何空間節(jié)省,而且只能提供針對窄帶衰減的有限濾波性能,因此目前大多數(shù)設(shè)計者都使用集成的EMI濾波器。
 

  圖1:新型濾波器單元結(jié)構(gòu)(串聯(lián)電阻為100歐姆,線電容為20pF)

  

圖2:新型RC濾波器S21參數(shù)曲線。

  圖3:LC濾波器單元結(jié)構(gòu)。

  LC濾波器也稱為無源濾波器,是傳統(tǒng)的諧波補償裝置。LC濾波器之所以稱為無源濾波器,顧名思義,就是該裝置不需要額外提供電源。LC濾波器一般是由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成,與諧波源并聯(lián),除起濾波作用外,還兼顧無功補償?shù)男枰?/p>

  面對手機行業(yè)的這些發(fā)展趨勢,傳統(tǒng)的RC濾波器解決方案正在達(dá)到其極限。同時它能提供出色的濾波性能,在800MHz至2.5GHz的頻率范圍內(nèi)衰減特性優(yōu)于-25dB。圖4顯示了采用此濾波器基本單元架構(gòu)的S21參數(shù)指標(biāo)。除濾波功能外,集成輸入TVS管還能抑制高達(dá)15kV的空氣放電ESD沖擊,達(dá)到了 IEC61000-4-2第4級工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所要求的性能水平。

  圖4:LC濾波器的S21參數(shù)曲線。

  英聯(lián)電子的低電容EMI濾波器UM4411、UM6411、UM8411支持4、6及8線配置,EMI濾波器通常由串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器組成的低通濾波電路,其作用是允許設(shè)備正常工作時的頻率信號進(jìn)入設(shè)備,而對高頻的干擾信號有較大的阻礙作用。每一種配置均包含側(cè)接有TVS管的PI型RC濾波網(wǎng)絡(luò)。器件采用了0.4mm管腳間距的QFN封裝,可以為超薄手機的設(shè)計師們提供更為寬裕的設(shè)計空間。尤其在PCB的布板上,目前一些顯示屏 I/O連接座的管腳間距都是0.4mm,使用0.4mm管腳間距DFN封裝的EMI濾波器將有助于系統(tǒng)工程師布板。在器件的選擇上,應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)通道的數(shù)量進(jìn)行合理選擇,圖5中顯示了使用一個8通道的濾波器和兩個4通道濾波器在布板上的一些優(yōu)勢;同時選用一個8通道濾波器也比兩個4通道濾波器的成本要低。

  圖5 EMI濾波器管腳間距對布板的影響。

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