应对智能手机设计中集成高速串行接口的EMI挑战.pdf

应对智能手机设计中集成高速串行接口的EMI挑战(1对用于传输数据,1对传输数据接口的时钟信号)基于铁氧体或陶瓷的共模滤波器方案通过提供史大的LTcC衬底炇将多对共模滤波器置于起,解决了多对线路的共模滤波问题。增大衬底能够适应〕排多个共模滤波器的需要,但岜会带来机械强固性问题。铁氧体及LτC℃衬底易碎,发生偶然坠落等事件吋,可能遭受毁灭性损坏。铁氧体或Lτ℃C衬底也可能会岀现破裂,损坏共模滤波器结构的核心,致使元件不能用于EMI抑制或ESD滤波。传统共模滤波器在商业温度范围内(特别是在+85℃时)也会出现性能问题。温度升高时,铁芯饱和,阻抗增加,滤波性能发生变化。而在功率放大器上作及无线设各在蜂窝系统中通信时,智能手机内部温度可能高达+85℃基丁铁芯或陶瓷衬底的传统共模滤波器的尺寸相对较大,目的单-(即共模滤波)。它们抑制EM,但从节省空间或成本的角度而言,并不高效,而且不足以解决ESD保护问题,而ESD保护是使用最新基带及应用处理器的智能手杋的·项关键问题。这些器件的性价比、电路板空间/性能比并个具备吸引力集成EM抑制及ESD保护的途径如果智能手杋持续演进,传统共模滤波器就公成为束缚,这些产品的复杂度及能够支持的功能就会存在局限。但有利的是,业界开发出了创新的半导体技术,使手机刽造商能够提供丰富功能的智能手机。硅滤波器的出现,能够帮助智能手杋设计持续进步。安森美半导体率先意识到了从并行接口到串行接口的过渡,开发出了集成EM抑制及ESD保护的串行接口硅方案产品线。安森美半导体运用为低通滤波器产品开发的构建锏铝( copper over aluminum)电感工艺中获得的专知,扩展了这种工艺,创建出嵌入在硅衬底中的共模滤波器线圈,能够有效地抑制共模噪声,同时对差分信令的影响甚微,使差分信号事实上顺畅无阴地通过。将不同的单独裸片共同封装在一起,能够为智能于机设计团队提供一种总体方案,提供强同的噪声抑制及ESD保护能力,适用于最流行的接∏,如USB、MP、DSl、CS|及HDM等。后续还会衍生出将这些共模滤波器结构构建在极低电容ESD保护结构上的新方案,进一步提升集成度及简化制造流程Copper+AluminumCommanMode FilterDieScalable Copackaged CommonMode Filter Arraywith IntegratESD Protection(1,2,3pair)Low Cap ESDrotectionDie图4:硅共模滤波器制造流程安森美半导体身为应用于高能效电子产品的首要高性能硅方案供应商,为了应对智能手机等便携设备高速串行接口的EM抑制及ESD保护需求,推出了集成了ESD供护的EM2121EMI4182及EM4183等新的硅共模滤波器,用于抑制噪声及提供高信号完整性,除了适合智能手机,还可用于平板电脑、无线连接底座、数码摄像机及杋顶盒和DvD播放机等应用这些新的共模滤波器不同于传统的EM滤波器,乃是基于硅片制造,更适合以更深度及更高频率抑制EMl,非基于陶瓷或铁氧体的方案可比。这些集成ESD保护及EM抑制功能的新器件,比竞争方案节省空间多达50%,从而可以叮观的节省物料单(BOM),且为无线手机设计人员提供了整体 turkey)解决方案EM12121是单对共模滤波器,EM4182是双对共模滤波器,EM4183是三对共模滤波器,仝都提供500MHz时典型值15dB的共模抑制,及500MHz时典型值仅10dB的插入损耗。它们的高差模带宽截止频率确保高度的信号完整性。这些器件提供集成的ESD保护符合|EC61000-4-2标准15kV峰值放电的保护要求。它们提供-40℃至+85℃的工作温度范围,每款器件都提供32Ⅴ钳位电压,通常优于现有陶瓷方案最少30倍。器件型号MP相机接口MP显示屏接口HDM源接口UsB20接口1对数据线路1对数据线路,2颗EM|4182应EM|41821对时钟线路1对时钟线路对8路TMDsN/A(低分辨率)(低分辨率)2对数据线路,2对数据线路,EM|41831对时钟线路1对时钟线路N/ANA(高分辨率)(高分辨率)EM2121N/AN/AN/A1对地址D+,D表1:安森美半导体硅共模滤波器值得一提提,将ESD保护构建在共模滤波器衬底中并不会明显降低信号完整性等级,能够针对重复出现的ESD事件提供保护。这些更高集成度器件的占位面积比基于传统线圈的共模滤波器(在500MHz及3GHz截止频率时共模抑制比为15dB),性能相当,但覆盖的噪声抑制频率范围要大多得。这些硅垬模滤波器的关键特性包括智能手机手机通信频率沱围的宽带衰减。设计人员在始亍700MHz的频率能够获得-25dB的共模衰减,而这是LTE及4G通信的重要频率此外,这些硅共模滮波器的ESD保护动作非常快,能够提供±15kV接触放电的ESD保护,优于反应动作更慢的压敏电阻EsD保护方案。压敏电阻较慢的响应时间会使接口的电压更高,可能损坏ESD器件旨在保护的产品。在0.5mm闯距的塑料封装中,这些佳共模滤波器与最流行的接口标准兼容及匹配,能够通过HDM1080p24位全彩色信号,而不会损及信号质量。File Control Setup Measure Analyze Utilities Help22Feb20113:38PMAcquisition is stopped40.0 GSa/s 147 kpts12GHz Standard BA0e100 mv/div50ps/dvEMI418More[ 2 Measurements I MarkersScalesFrequencylfl.CurrentMean 7 8. 8398 GHzMin 7 8. 8398 GHzMax 7 8. 8398 GHz图5:安森美半导体EM|4182硅共模滤波器在HDMl14环境下的信号完整性演示。总结智能手机中的高带宽应用越来越多,而且手机设计中也在使用尺寸更大、分辨率更高的显示屏,从而带来数据传输方面的挑战。使用现有传输技术会导致并行数据线路数量増多,但无法满足空问限制,因为消费者仍然想要纤薄小巧的手机设计。这就驱使数据传输从并行线路转向串行线路,但冋时为设计工程师在解决电憾干扰(EM)问题上增添了许多挑战。有利的是,安森美半导体推出了集成共模EM滤波和ESD保护的系列高集成度|C,如EM2121、EM14182及EM4183等。与基于铁氧体或陶瓷的共模滤波器相比,这和晑集成C在无线频谱范围内为手机频率提供更深的衰减曲线,配合智能于机及数码相机等应用的髙带宽连接需求,同时提升系统可靠性、减少元件数量及降低成本。供稿:安森美半导体