手機(jī)設(shè)計(jì)中的抗電磁干擾EMI和ESD防護(hù)技術(shù)

目前對(duì)于許多流行的手機(jī)(尤其是翻蓋型手機(jī))而言，手機(jī)的彩色LCD、OLED顯示屏或相機(jī)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(huì)受到由天線輻射出的寄生GSM/CDMA頻率的干擾。同時(shí)，由于高分辨率CMOS傳感器和TFT模塊的引入，數(shù)字 信號(hào)要在更高的頻率上工作，這些連接線會(huì)像天線一樣產(chǎn)生EMI干擾或可能造成ESD危險(xiǎn)事件。

上述這種EMI及ESD干擾均會(huì)破壞視頻信號(hào)的完整性，甚至損壞基帶控制器電路。受緊湊設(shè)計(jì)趨勢的推動(dòng)，考慮到電路板空間、手機(jī)工作頻率上的高濾波性 能以及保存信號(hào)完整性等設(shè)計(jì)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(duì)窄帶衰減的有限濾波性能，因此目前大多數(shù)設(shè)計(jì)者都使用集成 的EMI濾波器。

隨著手機(jī)及相機(jī)等便攜式設(shè)備中LCD顯示屏分辨率的提高，視頻信號(hào)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(jī)的手機(jī)中，信號(hào)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(jī)上。視頻分辨率越高，數(shù)據(jù)工作的頻率亦越高。比如，對(duì)于30至60萬像素的相機(jī)模塊來說，時(shí)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(shí)鐘頻率已超過60MHz，這要求濾波器的截止頻率高達(dá)300MHz。

圖3：英聯(lián)電子LC濾波器單元結(jié)構(gòu)。面對(duì)手機(jī)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。為滿足手機(jī)視頻信號(hào)的不斷增高以及更強(qiáng)的抗ESD浪涌能力需求，英聯(lián)電子開發(fā) 出基于LC結(jié)構(gòu)的新一代EMI濾波器。這種集成的LC濾波器結(jié)構(gòu)可用來提供高達(dá)350MHz的截止頻率，可支持時(shí)鐘頻率超過60MHz的數(shù)據(jù)速率。同時(shí)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(jí)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所要求的性能水平。

圖4：英聯(lián)電子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，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(jī)的設(shè)計(jì)師們提供更為寬裕的設(shè)計(jì)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(gè)8通道的濾波器和兩個(gè)4通道濾波器在布板上的一些優(yōu)勢；同時(shí)選用一個(gè)8通道濾波器也比兩個(gè)4通道濾波器的成本要低。

圖5 EMI濾波器管腳間距對(duì)布板的影響。