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(多图) 手机、相机、液晶显示屏抗电磁干扰特性的实现

作者:melao?? 2007年12月21日 ?? 收藏0

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??????? 为适应数据速率的增加且不中断视频信号,设计者必须选择考虑了理论建议的低电容的滤波器,即:滤波器截止频率(1/2πRC)必须大约为时钟频率的5倍。

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;? 在目前的无线终端中,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。故建议将滤波器(上下)截止频率选择在30至50MHz范围内。很多滤波器解决方案都遵循此理论建议,但随着分辨率的提高以及时钟频率超过40MHz,滤波器截止频率必须处于200MHz范围内。因此,可预见一些滤波器解决方案正在达到它们的极限。

??????? 表1给出了几种滤波器电容值与截止频率的对照,以及时钟兼容性。这表明低电容滤波器是最适合高频率、高速数据信号传输的解决方案。

??????? 不过设计者知道,在滤波电容值与GSM/CDMA频率上的衰减特性之间存在着无法解决的折衷问题。低电容结构会影响滤波器的高频性能,且目前大多数低电容滤波器都不能在900MHz频率上提供优于-25dB的衰减性能。图2显示了EMI滤波电容对GSM频率衰减的影响。?
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新型低电容EMI滤波器S21参数测量


??????????????????????????????????????????????????????????? 图4:新型低电容EMI滤波器S21参数测量
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??????? 除对滤波性能有影响外,低电容滤波器还会影响ESD性能。考虑到较低的二极管电容可显著减少ESD浪涌能力,故在良好衰减、ESD性能及低电容滤波器结构之间找到最佳折衷极具挑战性。

??????? 性能改进后的低电容EMI滤波器

??????? 为满足以低电容滤波器实现但同时保持高滤波性能这种矛盾的要求,意法半导体公司开发出在900MHz频率上具有高频衰减特性并采用超低电容结构的新一代EMI滤波器。

??????? 这些基于IPAD技术(集成有源、无源器件)的新型EMI滤波器,采用了带集成ESD保护的标准PI滤波器结构。图3表示一种带串联电阻及电容的基本滤波器单元配置。

??????? 这种新型低电容结构用来提供200MHz范围内的截止频率,可支持时钟频率超过40MHz的数据速率。尽管二极管电容已被极大地减少至8.5pF,但它能提供出色的滤波性能,即在大约900MHz的频率范围内衰减特性优于-35dB。
图4显示采用此滤波器基本单元架构的S21参数指标。图中显示在900MHz频率上具有35dB的衰减特性,这是一种通过17pF线电容集成EMI滤波器来达到的空前性能。?
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分别通过高


? ?????????????????????????????????????????? 图5:分别通过高、低电容滤波器的40MHz数据传输测试结果比较
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??????? 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

性能水平。

??????? 高速数据兼容性

??? ???? 为了不扰乱视频信号,新型低电容滤波器在设计时采用了经过优化的线电容值,以支持时钟频率高于40MHz的芯片组。 这种结构对数据信号上升、下降沿只有很小的影响,且器件输入、输出间几乎没有什么延时。 用最大2.8V、1ns的信号对输入Rt(10-90%上升沿)及 Ft(10-90%下降沿)进行仿真,结果表明,由滤波器引起的延时(输出与输入信号之差)不超过1ns。可以肯定,即使对于高分辨率LCD或相机应用,也能完全保持数据的完整性。

??????? 图5显示了工作于40MHz频率上的3V视频信号分别通过高、低电容滤波器的传输情况比较。可以发现,高电容结构所引起的延时是低电容结构的5至6倍。在这种情况下,信号输出电压不能被正确地接收。
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表1:截止频率及时钟信号兼容性对应滤波器解决方案?
?截止频率及时钟信号兼容性对应滤波器解决方案
??????? 高集成解决方案

??????? 与分立设计相比,使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布局并节省高达80%的板面积。 结果表明,线集成率(PCB面积/线数)大约为0.6。这意味着这些新型滤波器可以每线占去0.6mm2的PCB面积来提供EMI功能及ESD保护。

???????? 建议该新型滤波器系列采用4、6及8条“PI”线配置来提供设计灵活性并满足大多数高速数据线设计要求。其PCB面积占用分别为2.4mm2、3.7mm2及5.0mm2,故几乎可完全采用传统的SOT323塑料封装。 意法半导体公司的新型低电容EMI滤波器支持4、6及8线配置,每一种配置均包含侧接有齐纳二极管的RC滤波网络。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超过40MHz的LCD显示器及相机传感器。


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