將抗電磁干擾EMI帶給手機(jī)/相機(jī)及液晶顯示屏

不過(guò)設(shè)計(jì)者知道，在濾波電容值與GSM/CDMA頻率上的衰減特性之間存在著無(wú)法解決的折衷問(wèn)題。低電容結(jié)構(gòu)會(huì)影響濾波器的高頻性能，且目前大多數(shù)低電容濾波器都不能在900MHz頻率上提供優(yōu)于-25dB的衰減性能。圖2顯示了EMI濾波電容對(duì)GSM頻率衰減的影響。

圖4：新型低電容EMI濾波器S21參數(shù)測(cè)量

除對(duì)濾波性能有影響外，低電容濾波器還會(huì)影響ESD性能。考慮到較低的二極管電容可顯著減少ESD浪涌能力，故在良好衰減、ESD性能及低電容濾波器結(jié)構(gòu)之間找到最佳折衷極具挑戰(zhàn)性。

性能改進(jìn)后的低電容EMI濾波器

為滿(mǎn)足以低電容濾波器實(shí)現(xiàn)但同時(shí)保持高濾波性能這種矛盾的要求，意法半導(dǎo)體公司開(kāi)發(fā)出在900MHz頻率上具有高頻衰減特性并采用超低電容結(jié)構(gòu)的新一代EMI濾波器。

這些基于IPAD技術(shù)(集成有源、無(wú)源器件)的新型EMI濾波器，采用了帶集成ESD保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)PI濾波器結(jié)構(gòu)。圖3表示一種帶串聯(lián)電阻及電容的基本濾波器單元配置。

這種新型低電容結(jié)構(gòu)用來(lái)提供200MHz范圍內(nèi)的截止頻率，可支持時(shí)鐘頻率超過(guò)40MHz的數(shù)據(jù)速率。

盡管二極管電容已被極大地減少至8.5pF，但它能提供出色的濾波性能，即在大約900MHz的頻率范圍內(nèi)衰減特性?xún)?yōu)于-35dB。

圖4顯示采用此濾波器基本單元架構(gòu)的S21參數(shù)指標(biāo)。圖中顯示在900MHz頻率上具有35dB的衰減特性，這是一種通過(guò)17pF線(xiàn)電容集成EMI濾波器來(lái)達(dá)到的空前性能。

圖5：分別通過(guò)高、低電容濾波器的40MHz數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試結(jié)果比較。

除濾波功能外，集成輸入齊納二極管還能抑制高達(dá)15kV的空中放電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。高速數(shù)據(jù)兼容性

為了不擾亂視頻信號(hào)，新型低電容濾波器在設(shè)計(jì)時(shí)采用了經(jīng)過(guò)優(yōu)化的線(xiàn)電容值，以支持時(shí)鐘頻率高于40MHz的芯片組。

這種結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)上升、下降沿只有很小的影響，且器件輸入、輸出間幾乎沒(méi)有什么延時(shí)。

用最大2.8V、1ns的信號(hào)對(duì)輸入Rt(10-90%上升沿)及 Ft(10-90%下降沿)進(jìn)行仿真，結(jié)果表明，由濾波器引起的延時(shí)(輸出與輸入信號(hào)之差)不超過(guò)1ns?？梢钥隙?，即使對(duì)于高分辨率LCD或相機(jī)應(yīng)用，也能完全保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性。

圖5顯示了工作于40MHz頻率上的3V視頻信號(hào)分別通過(guò)高、低電容濾波器的傳輸情況比較?？梢园l(fā)現(xiàn)，高電容結(jié)構(gòu)所引起的延時(shí)是低電容結(jié)構(gòu)的5至6倍。在這種情況下，信號(hào)輸出電壓不能被正確地接收。

表1：截止頻率及時(shí)鐘信號(hào)兼容性對(duì)應(yīng)濾波器解決方案。

高集成解決方案

與分立設(shè)計(jì)相比，使用設(shè)計(jì)成帶層疊凸點(diǎn)的倒裝芯片封裝型集成EMI濾波器，可簡(jiǎn)化PCB布局并節(jié)省高達(dá)80%的板面積。

結(jié)果表明，線(xiàn)集成率(PCB面積/線(xiàn)數(shù))大約為0.6。這意味著這些新型濾波器可以每線(xiàn)占去0.6mm2的PCB面積來(lái)提供EMI功能及ESD保護(hù)。

建議該新型濾波器系列采用4、6及8條“PI”線(xiàn)配置來(lái)提供設(shè)計(jì)靈活性并滿(mǎn)足大多數(shù)高速數(shù)據(jù)線(xiàn)設(shè)計(jì)要求。其PCB面積占用分別為2.4mm2、3.7mm2及5.0mm2，故幾乎可完全采用傳統(tǒng)的SOT323塑料封裝。