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手机中的EMI抗干扰和ESD保护问题

2014-08-142660安规与电磁兼容网

除保护两条数据线路外,还必须保护Vbus线路。这是这个特殊的保护器件的另一个增值之处,因为它保护D+、D-和Vbus三条线路。专用的TVS二极管在相同的条件下像保护数据线路一样保护Vbus线路,防护ESD浪涌。

因为手机还有空间的限制因素,所以USB2.0的三条线路ESD防护不得超过SOT666封装尺寸。USB2.0专用ESD防护电路见图3。

图3所示的轨对轨保护概念是效率最高的高速数据线路ESD防护概念,是速率每秒480Mbits高速串行线路的最佳折衷方案,它兼顾了数据完整性、信号均衡性、低功耗和最严格的ESD标准。

手机EMI抗干扰功能

在某情况下,ESD问题并不是工程师要解决的唯一问题。因为手机发射和传送RF信号时,很多电子组件受到RF辐射,因此,必须抑制RF辐射以保护正常的工作。甚至在某些情况下,某些IC自己也会产生RF辐射以及射频干扰。

基本上,很多接口都会容易受到GSM脉冲的攻击,如音频线路或LCD或相机模块,产生能够听见的噪声或可以看见的屏幕抖动。这就是在设计手机时强烈推荐EMI滤波器的原因。

在某种意义上,EMI辐射抑制已成为下一代手机如多频手机或3G手机的关键问题,因为现有解决方案即将达到技术极限。

采用分立的电阻和电容的单一阻容PI型滤波器设计不再是节省空间的解决方案。此外,因为衰减带宽很窄,阻容滤波器的滤波性能极差。对于空间限制极严,工作频率扩大几个频段的多频手机和3G手机,这类滤波器的缺陷明显。


图3:USB2.0保护拓扑

设计师开始关注衰减大和衰减频带宽的低通滤波器,以硅为材料的集成EMI滤波器是适合所有这些需求的滤波器,它表现出极宽的衰减范围,从800MHz到2GHz或3GHz,S21参数超过30db等。同时,这些滤波器可针对高速数据应用实现低寄生电容结构和超小的PCB空间。

硅EMI滤波器:LC型还是RC型?

今天,半导体供应商正在提供LC型或RC型滤波器,问题在于如何为正确的应用选择正确的技术。

对上文提及的两种技术的纯滤波性能进行对比,在某种意义上我们看见相似的滤波特性,两种结构都表现出极宽的抑制频带。这些主要特性的取得归功于能够最大限度降低滤波器(无论是RC还是LC型)的寄生电感的集成概念。

然后,LC滤波器能够优化低频的插入损耗。与RC滤波器相比,滤波特性在技术规格中确实存在明显的差别。但是考虑到特性曲线是在50Ω环境中测量到的,设计师可能注意到,在应用条件下,因为多数IC是高阻抗元器件,RC滤波器的串联电阻或LC滤波器的串联电感对插入损耗的影响可忽略不计。因此,即使在滤波器技术规格中看到插入损耗的差异,这个差异也不真地适合应用条件。

尽管如此,我们可以使RC或LC滤波器信号传输能力实现差异化。特别是在高频下,LC滤波器可能具有RC滤波器绝对没有的某些振荡效应。这些寄生振荡可能会干扰信号甚至会产生比RC滤波器更长的延迟时间。图4所示是通过硅LC滤波器进行的信号传输测试,从图中可以看到振荡效果。

最后,EMI滤波器是使用硅RC还是LC,两者之间没有明显的性能差异,因为它们的特性在实际应用中基本相同,低阻抗环境除外。顺便提及一下,考虑到现有的硅技术,电阻的集成密度比电感器高出很多。因此,LC滤波器的制造成本高于RC滤波器。

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