手机设计中的抗电磁干扰和ESD防护技术

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。
   上述这种EMI及ESD干扰均会破坏视频信号的完整性，甚至损坏基带控制器电路。受紧凑设计趋势的推动，考虑到电路板空间、手机工作频率上的高滤波性能以及保存信号完整性等设计约束，分立滤波器不能为解决方案提供任何空间节省，而且只能提供针对窄带衰减的有限滤波性能，因此目前大多数设计者都使用集成的EMI滤波器。
   随着手机及相机等便携式设备中LCD显示屏分辨率的提高，视频信号的传输速率也越来越高，传统的滤波器方案已慢慢达到它们的技术极限。在配有高分辨率显示屏及嵌入式相机的手机中，信号是通过特定频率（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，数据工作的频率亦越高。比如，对于30至60万像素的相机模块来说，时钟频率大约介于6至12MHz之间。因此建议将滤波器（上下）截止频率选择在30至50MHz范围内。随着分辨率的提高到数百万像素，时钟频率已超过60MHz，这要求滤波器的截止频率高达 300MHz。
   　　
   　　图1：新型滤波器单元结构（串联电阻为100欧姆，线电容为20pF）
   　　
   　　图2：新型RC滤波器S21参数曲线。
   　　
   　　图3：英联电子LC滤波器单元结构。
   面对手机行业的这些发展趋势，传统的RC滤波器解决方案正在达到其极限。为满足手机视频信号的不断增高以及更强的抗ESD浪涌能力需求，英联电子开发出基于LC结构的新一代EMI滤波器。这种集成的LC滤波器结构可用来提供高达350MHz的截止频率，可支持时钟频率超过60MHz的数据速率。同时它能提供出色的滤波性能，在800MHz至2.5GHz的频率范围内衰减特性优于-25dB。 图4显示了采用此滤波器基本单元架构的S21参数指标。除滤波功能外，集成输入TVS管还能抑制高达15kV的空气放电ESD冲击，达到了 IEC61000-4-2第4级工业标准所要求的性能水平。
   　　
   　　图4：英联电子LC滤波器的S21参数曲线。
   英联电子的低电容EMI滤波器UM4411、UM6411、UM8411支持4、6及8线配置，每一种配置均包含侧接有TVS管的PI型RC滤波网络。器件采用了0.4mm管脚间距的QFN封装，可以为超薄手机的设计师们提供更为宽裕的设计空间。尤其在PCB的布板上，目前一些显示屏 I/O连接座的管脚间距都是0.4mm，使用0.4mm管脚间距DFN封装的EMI滤波器将有助于系统工程师布板。在器件的选择上，应根据数据通道的数量进行合理选择，图5中显示了使用一个8通道的滤波器和两个4通道滤波器在布板上的一些优势；同时选用一个8通道滤波器也比两个4通道滤波器的成本要低。
   　　
   　　图5 EMI滤波器管脚间距对布板的影响.