便携产品EMI滤波设计

在各品牌间激烈竞争的推波助澜下，便携式电子产品在使用功能上呈多元化发展，且日渐复杂。由于其体积小、产品工作频率愈来愈高，以及操作电压愈来愈小，导致各功能模组产生的电磁信号在极小的体积内相互干扰的情况越来越严重。另一方面，随着各类电子产品（包括商用以及工业用）的日趋普及，对于便携式电子产品的使用者而言，其所在环境的周围处于操作使用中的电子产品数量密度越来越高，这些电子产品所累积产生的电磁辐射干扰也就更加严重，从而使得电磁干扰（EMI）问题日趋复杂严重。
晶焱科技（Amazing Microelectronic）的技术团队在静电放电（ESD）保护技术上，累积了丰富的技术与经验。该公司的电磁干扰滤波器产品，主要就是针对便携式电子产品在进行硬件设计开发时，用来解决电磁干扰问题而开发出来的。为了能同时有效地解决电磁干扰问题，并兼顾静电放电保护的功能，晶焱科技陆续推出了数款具有静电放电保护功能的电磁干扰滤波器。这些电磁干扰滤波器产品均属于？型（pi-model）低通滤波器（LPF）。由于电磁干扰滤波器多应用于电子产品的输入输出端口，因此滤波器架构中的输入输出端对地（GND或VSS）的电容，一般为采用瞬态电压抑制器（TVS）的静电放电保护元件，以兼顾高标准的静电放电保护之用。这样一来，除了可以提供良好的低通滤波效果之外，还具有很好的静电放电保护效果。
手机是近年来最流行的便携式电子产品之一。在每台手机中，都一定至少有一张SIM（用户识别模块）卡，用于用户识别以及存储资料。而在新款的智能手机中，无论是哪种手机品牌，大多都有MMC（多媒体卡）/SD（安全数字存储）卡，以供照相、电话簿、e-mail或短消息等资料的存储之用。
在正常使用的状态下，手机SIM卡或MMC/SD卡在资料传输的过程中，其传输信号基本频率（简称基频）的倍频谐波辐射信号出现在手机的通讯频段内的时候，会造成手机射频通讯信号某种程度的干扰。
反之，手机射频通讯信号所产生的辐射，也会耦合到SIM卡或MMC/SD卡的资料传输信号之中，造成信号波形的失真。严重的话，将导致资料传输发生错误。
针对SIM卡及MMC/SD卡这两种应用，晶焱科技提供了相应的电磁干扰滤波器AZM-SIM01-03F以及AZM-MMC01-06F，可以解决上述电磁干扰问题。表1为晶焱科技AZM-SIM01-03F及AZM-MMC01-06F电磁干扰滤波器产品的基本特性参数数值。这两种电磁干扰滤波器均适用于5V或5V以下的额定电压电路系统，线电容值分别为22pF及24.5pF。操作频率在1GHz时，其插入损耗分别可达-20dB及-21.5dB，可以电磁干扰信号强度显著降低至十分之一以下，以维持受保护电路的操作功能正常。

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在静电放电保护方面，该系列产品中的暂态电压抑制器具有极低的箝位电压。AZM-MMC01-06F抗静电保护效果可高达10kV以上（IEC 61000-4-2，contact mode ±10kV），AZM-SIM01-03F抗静电保护效果更可高达15kV以上（IEC61000-4-2，contact mode ±15kV）。
当静电放电事件（ESD）发生时，瞬态电压抑制器的箝位电压越低，则越能即时地导通可观的静电放电电流，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1所示为利用传输线脉冲产生系统（TLP）所测量到的AZM-SIM01-03F及AZM-MMC01-06F产品的箝位电压图。由图中可以清楚看到，这两种电磁干扰滤波器在传输线触波产生系统输出17A的高静电放电电流下，其箝位电压均低于8.5V，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通路（bypass path）。

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图1：AZM-SIM01-03F及AZM-MMC01-06F电磁干扰滤波器：在17A所对应的箝位电压均小于8.5V
另外，根据IEC 61000-4-2标准所制订的规格，第四级保护需提供至少接触放电模式（contact discharge mode）8kV、空气放电模式（air discharge mode）15kV以上的静电放电保护能力。该系列产品提供接触放电模式10kV以上的静电放电保护能力，明显超出IEC 61000-4-2标准第四级所规定的需求数值。
由于便携式设备需要依靠电池来供应所需电力，因此在元件正常使用时，漏电流愈大，则电池的耗电量就愈大、可供电时间就会缩短。图2所示为晶焱科技推出的AZM-SIM01-03F及AZM-MMC01-06F电磁干扰滤波器新产品的电流-电压（I-V）特性曲线。由图中曲线可知，电磁干扰滤波器新产品在适用的系统操作电压（在此为5V或5V以下）时的漏电流远小于1uA，因此可延长便携式设备的电池可持续使用时间。

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图2：AZM-SIM01-03F及AZM-MMC01-06F电磁干扰滤波器：I/O端对地（GND或VSS）所测量的DC漏电流值均远小于1uA
在封装方面，晶焱科技的该系列产品采用引脚间距为0.4mm的矩形平面无引脚封装（DFN）。因此，在进行系统设计时，可以有效减少电磁干扰滤波器元件所占用的电路板面积，方便其它电路元件的设计，并且可以轻松地进行焊接重工（rework），在进行元件表面贴装（surface mount）时，也不容易造成元件损坏。