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手机设计中的抗电磁干扰和ESD防护技术
摘要: 目前对于许多流行的手机(尤其是翻盖型手机)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。
關鍵詞: 手机 电磁干扰 ESD
Abstract:
Key words :

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計約束,分立濾波器不能為解決方案提供任何空間節省,而且只能提供針對窄帶衰減的有限濾波性能,因此目前大多數設計者都使用集成的EMI濾波器。

隨著手機及相機等便攜式設備中LCD顯示屏分辨率的提高,視頻信號的傳輸速率也越來越高,傳統的濾波器方案已慢慢達到它們的技術極限。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及內嵌的相機上。視頻分辨率越高,數據工作的頻率亦越高。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。隨著分辨率的提高到數百萬像素,時鐘頻率已超過60MHz,這要求濾波器的截止頻率高達 300MHz。

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  圖1:新型濾波器單元結構(串聯電阻為100歐姆,線電容為20pF)

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  圖2:新型RC濾波器S21參數曲線。

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  圖3:英聯電子LC濾波器單元結構。

面對手機行業的這些發展趨勢,傳統的RC濾波器解決方案正在達到其極限。為滿足手機視頻信號的不斷增高以及更強的抗ESD浪涌能力需求,英聯電子開發出基于LC結構的新一代EMI濾波器。這種集成的LC濾波器結構可用來提供高達350MHz的截止頻率,可支持時鐘頻率超過60MHz的數據速率。同時它能提供出色的濾波性能,在800MHz至2.5GHz的頻率范圍內衰減特性優于-25dB。 圖4顯示了采用此濾波器基本單元架構的S21參數指標。除濾波功能外,集成輸入TVS管還能抑制高達15kV的空氣放電ESD沖擊,達到了 IEC61000-4-2第4級工業標準所要求的性能水平。

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  圖4:英聯電子LC濾波器的S21參數曲線。

英聯電子的低電容EMI濾波器UM4411、UM6411、UM8411支持4、6及8線配置,每一種配置均包含側接有TVS管的PI型RC濾波網絡。器件采用了0.4mm管腳間距的QFN封裝,可以為超薄手機的設計師們提供更為寬裕的設計空間。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工程師布板。在器件的選擇上,應根據數據通道的數量進行合理選擇,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。

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  圖5 EMI濾波器管腳間距對布板的影響.

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