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新一代手机设计中的EMI抗干扰和ESD保护问题

         最新的无线终端产品大多数都装备了高速数据接口、高分辨率LCD屏和相机模块,甚至有些手机还安装了通过DNB连接器接收电视节目的功能。除增加新的功能 外,手机尺寸的挑战依然没有变化,手机还在向小巧、轻薄方向发展。众多功能汇聚在一个狭小空间内,导致手机设计中的ESD和EMI问题变得更加严重。这些 问题必须在手机设计的最初阶段解决,并需要按照应用选择有效的解决办法。

 ESD和EMI防护设计的新挑战

传统的ESD保护或EMI滤波功能是由分立或无源器件解决方案占主导地位,例如,防护ESD的变阻器或防护EMI的基于串联电阻和并联 电容器的PI型滤波结构。手机质量标准的提高和新型IC的高EMI敏感度促使设计人员必须提高手机的抗干扰能力,因此某些方案的技术局限性已显露出来了。

简单比较变阻器和TVS二极管的钳位电压Vcl,就可以理解传统解决方案的局限性。变阻器的钳位电压Vcl(8/20ms@Ipp=10A测试)显示大约 40V,比TVS二极管的Vcl测量值高60%。当必须实施IEC 61000-4-2标准时,要想实现整体系统的稳健性就不能怱视这种差别。除这个内在的电压差问题外,在手机使用寿命期内,随着老化现象的出现,无源器件 解决方案还暴露出电气特性变化的问题。

因此,TVS二极管解决方案在ESD保护市场占据很大的份额,同时集成化的硅解决方案也是EMI滤波器不可或缺的组件。

 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。

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。

 在手机设计的初始阶段,ESD和EMI问题变得越来越突出,必须根据实际应用选择专门的方法来解决ESD和EMI问题。虽然保护组件本身的性能十分关键,但是布局考虑也有助于提高系统的整体防护性能。


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