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如何抑制手机中的EMI和ESD噪声干扰

下一代手机仍然受紧凑设计趋势的推动,实现高分辨率LCD及相机将使设计者面临多种寻衅,此中一个主要设计斟酌就是这些新模块对电磁滋扰(EMI)的敏感性。

随动手机中LCD及相机的视频分辨率越高,数据事情的频率将跨越40MHz,对抑制无线EMI与ESD而言,传统的滤波器规划已达到它们的技巧极限。为适应数据速度的增添且不中断视频旌旗灯号,设计者可以选择本文评论争论的新型低电容、高滤波机能EMI滤波器。

跟着无线市场的继承成长,下一代手机将拥有更多的功能特点,例如带多个彩屏(每部手机至少有两个彩屏)以及百万像素以上的高分辨率相机等。

仍然受紧凑设计趋势的推动,实现高分辨率LCD及相机将使设计者面临多种寻衅,此中一个主要设计斟酌就是这些新模块对电磁滋扰(EMI)的敏感性。

对付今朝盛行的许多手机(尤其是翻盖型手机)来说,彩色LCD或相机CMOS传感器经由过程连接在手机(高低)两个主要部分之间的柔性或长走线PCB与基带节制器相连。

一方面,该连接线会受到由天线辐射出的寄生GSM/CDMA频率的滋扰。另一方面,因为高分辨率CMOS传感器及TFT模块的引入,数字旌旗灯号事情于更高的频率上,从而使该连接线会像天线一样孕育发生EMI/RFI或可能造成ESD危险事故。

总之,在上述两种环境下,所有这些EMI及ESD滋扰均会破坏视频旌旗灯号的完备性,以致毁坏基带节制器电路

为抑制这些EMI辐射并包管正常的数据传输,可斟酌实现几种滤波器办理规划,这可经由过程应用分立阻容滤波器或集成的EMI滤波器来实现。

EMI及ESD噪声抑制措施

假如斟酌到板空间、手机事情频率上的高滤波机能以及保存旌旗灯号完备性等设计约束,今朝已知的办理规划正在达到其技巧极限。

分立滤波器不能为办理规划供给任何空间节省,而且还只能供给针对窄带衰减的有限滤波机能,故大年夜多半设计者今朝都在斟酌集成的EMI滤波器。

在配有高分辨率LCD及嵌入式相机的手机中,旌旗灯号是经由过程特定频率(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,数据事情的频率亦越高。迄今为止,一样平常数据事情在大年夜约6至20MHz的频率上,且分辨率的角逐还会匆匆使相机模块制造商继承将此频率前进至40-60MHz。

为适应数据速度的增添且不中断视频旌旗灯号,设计者必须选择斟酌了理论建议的低电容的滤波器,即:滤波器截止频率(1/2πRC)必须大年夜约为时钟频率的5倍。

在今朝的无线终端中,对付30至60万像素的相机模块来说,时钟频率大年夜约介于6至12MHz之间。故建议将滤波器(高低)截止频率选择在30至50MHz范围内。很多滤波器办理规划都遵照此理论建议,但跟着分辨率的前进以及时钟频率跨越40MHz,滤波器截止频率必须处于200MHz范围内。是以,可预见一些滤波器办理规划正在达到它们的极限。

试验给出了几种滤波器电容值与截止频率的对比,以及时钟兼容性。这注解低电容滤波器是最得当高频率、高速数据旌旗灯号传输的办理规划。

不过设计者知道,在滤波电容值与GSM/CDMA频率上的衰减特点之间存在着无法办理的协调问题。低电容布局会影响滤波器的高频机能,且今朝大年夜多半低电容滤波器都不能在900MHz频率上供给优于-25dB的衰减机能。显示了EMI滤波电容对GSM频率衰减的影响。

除对滤波机能有影响外,低电容滤波器还会影响ESD机能。斟酌到较低的二极管电容可显明削减ESD浪涌能力,故在优越衰减、ESD机能及低电容滤波器布局之间找到最佳协调极具寻衅性。

机能改进后的低电容EMI滤波器

为满意以低电容滤波器实现但同时维持高滤波机能这种抵触的要求,某半导体公司开拓出在900MHz频率上具有高频衰减特点并采纳超低电容布局的新一代EMI滤波器。

这些基于IPAD技巧(集成有源、无源器件)的新型EMI滤波器,采纳了带集成ESD保护的标准PI滤波器布局。图表示一种带串联电阻及电容的基础滤波器单德设置设置设备摆设摆设。

这种新型低电容布局用来供给200MHz范围内的截止频率,可支持时钟频率跨越40MHz的数据速度。

只管二极管电容已被极大年夜地削减至8.5pF,但它能供给出色的滤波机能,即在大年夜约900MHz的频率范围内衰减特点优于-35dB。

图显示采纳此滤波器基础单元架构的S21参数指标。图中显示在900MHz频率上具有35dB的衰减特点,这是一种经由过程17pF线电容集成EMI滤波器来达到的空前机能。

除滤波功能外,集成输入齐纳二极管还能抑制高达15kV的空中放电ESD冲击,达到了IEC61000-4-2第4级工业标准所要求的机能水平。

高速数据兼容性

为了不扰乱视频旌旗灯号,新型低电容滤波器在设计时采纳了颠末优化的线电容值,以支持时钟频率高于40MHz的芯片组。

这种布局对数据旌旗灯号上升、下降沿只有很小的影响,且器件输入、输出间险些没有什么延时。

用最大年夜2.8V、1ns的旌旗灯号对输入Rt(10-90%上升沿)及 Ft(10-90%下降沿)进行仿真,结果注解,由滤波器引起的延时(输出与输入旌旗灯号之差)不跨越1ns。可以肯定,纵然对付高分辨率LCD或相机利用,也能完全维持数据的完备性。

图显示了事情于40MHz频率上的3V视频旌旗灯号分手经由过程高、低电容滤波器的传输环境对照。可以发明,高电容布局所引起的延时是低电容布局的5至6倍。在这种环境下,旌旗灯号输出电压不能被精确地接管。

高集成办理规划

与分立设计比拟,应用设计成带层叠凸点的倒装芯片封装型集成EMI滤波器,可简化PCB结构并节省高达80%的板面积。

结果注解,线集成率(PCB面积/线数)大年夜约为0.6。这意味着这些新型滤波器可以每线占去0.6mm2的PCB面积来供给EMI功能及ESD保护。

建议该新型滤波器系列采纳4、6及8条“PI”线设置设置设备摆设摆设来供给设计机动性并满意大年夜多半高速数据线设计要求。其PCB面积占用分手为2.4mm2、3.7mm2及5.0mm2,故险些可完全采纳传统的SOT323塑料封装。

半导体公司的新型低电容EMI滤波器支持4、6及8线设置设置设备摆设摆设,每一种设置设置设备摆设摆设均包孕侧接有齐纳二极管的RC滤波收集。100欧姆的串联电阻与17pF的线电容值被用来达到在0.8MHz至2GHz范围内最小30dB的衰减。器件的低电容意味着它们能被用于下一代时钟频率跨越40MHz的LCD显示器及相机传感器。

责任编辑;zl

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