集成EMI滤波与ESD保护
在便携产品中,滤波器一般位于邻近连接端口、麦克风和扬声器的位置。而恰好这些位置也可能面临静电放电(ESD)事件。以音频线路为例,如果采用分立元件方案来分别进行EMI滤波和ESD保护,就面临着执行这两项功能所需要的元器件数量问题。其中,就EMI滤波器而言,如果使用1个分立的π型LC滤波器,就需要2个表面贴装电容和1个表面贴装电感。为了提供ESD保护,还需要额外增加某种类型的表面贴装瞬态电压抑制器(TVS)二极管。这样,1条音频线路的EMI滤波和ESD保护就需要4个独立元件,这里还未提及这些元件所需占用的便携设弥足珍贵的空间问题。如果不止1条音频线路,那采用分立元件方案就更不切实际了。
因此,最简单的方案就是在同一个元件中集成EMI滤波与ESD保护功能。首先,集成方案中的集成型TVS二极管也提供EMI滤波所需的电容;其次,改进工艺技术也可大幅提升集成型电感的质量。通过将这些集成型元器件集成到硅片上,原来需要多个独立元件的方案,就可以采用集成型EMI滤波+ESD保护方案(参见图2)。
图2:集成型EMI滤波+ESD保护方案:a) π型RC;b) π型LC;c) LC梯形。
其中,在ESD保护等级方面,IEC61000-4-2标准详细规定了系统级测试条件及保护等级,这等级分为4种,便携应用通常需要的是第4级保护,即在8 kV接触放电或15 kV空气放电IEC61000-4-2测试条件下,便携设备需要能够承受住ESD事件冲击。
总的来说,通过高性价比地集成EMI滤波与ESD保护,便携应用设计人员可以降低成本,减少物料单(BOM)元件数量,并减小电路板占用空间。
针对便携设备具体应用的EMI滤波+ESD保护方案
在便携设备市场,手机占据重要位置。自然地,手机中诸多位置都会应用到集成ESD保护的滤波器。就手机应用而言,常用的滤波器除了LC和RC滤波器,还有共模扼流圈EMI滤波器,这种滤波器帮助减少寄生电感,提供更出色的共模滤波。这些手机滤波器的类型带宽频谱见图3。
图3:手机滤波器类型带宽频谱。
不同的手机应用需要采用不同的滤波器。一般而言,应用的数据率越高,滤波器线路的总电容就要越小。对于音频线路等数据率相对较低的手机应用而言,EMI滤波器的标准电容在几百个pF范围内,就足以提供优秀的滤波性能和最小的信号干扰。