如何应对高集成度产品中的EMI问题

前言：只要有电子信号的存在，在其附近使用的电子产品就有可能存在着电磁干扰(EMI) 的问题。电磁干扰是一个常见于日常生活中的问题，例如：电视噪声、收音机杂音，以及飞机起降时容易受到电子产品所发出电磁波信号影响而导致电子仪表不正常的情形等。随着科技的日益进步，电子产品的普及和多样化也愈来愈广，日常生活周围所存在的电磁噪声随之愈来愈多，电磁干扰的问题也更加复杂。因此，电子产品在电路板及系统设计时，就应考虑电磁干扰的问题，以免产品出售后无法正常使用，或因严重影响其它电子产品的操作而遭到顾客退货。

随着电子产品集成度愈来愈高，所包含的功能愈来愈多，且售价愈来愈低，电子产品所遇到电磁干扰的问题自然也就更加严重。电子产品为实现重量轻、体积超薄、小巧的目标，以迎合消费者易于携带的需求，在电路板的设计上以高集成度为设计导向：采用相同功能、但体积或面积更小的组件，拿掉原本用作电磁干扰防护的金属屏蔽、改用更细的地线或更小块的地平面(ground plane)用作接地等。这些措施不仅能达到使产品外形轻巧的目的，更能节省许多产品开发的费用以及量产后的成本，但却极不利于电磁干扰问题的解决。

为有效解决电子产品电磁干扰的问题，并能兼顾静电放电(ESD)防护的功用，可以采用具有静电放电防护功能的电磁干扰滤波器(EMI+ESD filter)。图1所示即为常见的π型低通滤波器。在Input及Output端点之间的组件，可以是电阻或是电感组件。是采用电阻还是电感，应视产品的实际应用所需而定。

图1：常见的π型低通滤波器架构。

由于电磁干扰滤波器多应用于电子产品的输出入端口，π型(π-model)低通滤波器架构中的Input端点及Output端点对GND的电容，一般会采用静电放电防护组件，以兼做静电放电防护之用。

晶焱科技(Amazing Microelectronic Corp.)在静电放电防护技术上已累积了丰富的经验与技术。公司开发的应用于液晶显示器的电磁干扰滤波器产品基本架构如图2所示。由图2电路示意图可知：π型低通滤波器的Input与Output之间是采用电阻(RI/O)组件桥接，Input端点及Output端点对GND的电容则是采用双向导通(bi-directional)的瞬时电压抑制器(TVS)。因此，该系列产品除了可以提供良好的低通滤波效果之外，还拥有很好的静电放电防护效果。

图2：晶炎科技开发应用于液晶显示器的电磁干扰滤波器产品——其中一个信道的电路示意图。

表1：晶炎科技应用于液晶显示器的电磁干扰滤波器。

表1所列为晶焱科技已推出的应用于液晶显示器的电磁干扰滤波器系列产品。适用于5V以下的额定电压电路系统，线电容值约为27微微法拉(pF)。操作频率在800百万赫兹(MHz)时，其功率损耗可达-23dB，可以显著地降低电磁干扰信号，以维持受保护电路的操作功能正常。晶焱科技同时推出三种不同通道数的电磁干扰滤波器产品，以方便其客户依照不同需求选用合适的产品。

在静电放电防护方面，该系列产品中的瞬时电压抑制器具有极低的箝位电压(Vclamp)、抗静电防护效果更可高达1万7千伏特以上(IEC 61000-4-2, contact mode ±17kV)。

在静电放电事件的高导通电流下，瞬时电压抑制器的箝位电压越低则越能适时地被导通，以使受保护电路免于遭受静电放电的侵害而永久受损失效。图3所示为利用传输线脉冲产生系统(TLP)所量得的箝位电压比较图。由图中可以清楚看到，晶焱科技应用于液晶显示器的电磁干扰滤波器，在17安培的高静电放电电流下具有最低的箝位电压，可以非常有效地提供受保护电路一个快速有效的静电放电旁通路径。

图3：传输线传输线触波产生系统所量得的钳位电压比较。

另外，根据IEC 61000-4-2标准所制订的规格，第四级防护需提供至少接触放电模式(contact discharge mode) 8千伏特(kV)、空气放电模式(air discharge mode)15千伏以上的静电放电防护能力。该系列产品提供接触放电模式1万7千伏特以上的静电放电防护能力，明显超出IEC 61000-4-2标准第四级所规定的需求数值许多。

现今的便携式电子产品已普及到几乎每个人都拥有一、两种产品，如手机、数码相机等。在使用上很受消费者关注的一点，就是在操作模式下电池可持续使用的时间。晶焱科技应用于液晶显示器的电磁干扰滤波器系列产品，在操作模式下的组件漏电流极低，因此可以有效延长电池持续使用的时间，非常适合用于便携式电子产品的液晶显示器系统设计。

另一方面，晶焱科技的该系列产品采用芯片级封装的形式。其芯片级封装的锡球球距为0.4毫米。采用芯片级封装的好处包括：在进行系统设计时，可以有效减省电磁干扰滤波器组件所需占用的电路板面积，方便其它电路组件的摆放与设计。没有塑料封装形式所存在的显著寄生效应，因此，电子产品的主要电路性能不会受到明显的影响。没有塑料封装的塑料外壳，更利于电磁干扰滤波器组件在操作状态时的散热。

作者：彭政杰

项目经理

晶焱科技