面向LCD的電磁干擾濾波器的分析與設(shè)計(jì)

只要有電子信號(hào)的存在，在其附近使用的電子產(chǎn)品就有可能存在著電磁干擾(EMI)的問題。電磁干擾是一個(gè)常見于日常生活中的問題，例如：電視噪聲、收音機(jī)雜音，以及飛機(jī)起降時(shí)容易受到電子產(chǎn)品所發(fā)出電磁波訊號(hào)影響而導(dǎo)致電子儀表不正常的情形等。隨著科技的日益進(jìn)步，電子產(chǎn)品的普及和多樣化也愈來愈廣，日常生活周圍所存在的電磁噪聲隨之愈來愈多，電磁干擾的問題也更加復(fù)雜。因此，電子產(chǎn)品在電路板及系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，就應(yīng)考慮電磁干擾的問題，以免產(chǎn)品出售后無法正常使用，或因嚴(yán)重影響其它電子產(chǎn)品的操作而遭到顧客退貨。

隨著電子產(chǎn)品集成度愈來愈高，所包含的功能愈來愈多，且售價(jià)愈來愈低，電子產(chǎn)品所遇到電磁干擾的問題自然也就更加嚴(yán)重。電子產(chǎn)品為實(shí)現(xiàn)重量輕、體積超薄、小巧的目標(biāo)，以迎合消費(fèi)者易于攜帶的需求，在電路板的設(shè)計(jì)上以高集成度為設(shè)計(jì)導(dǎo)向：采用相同功能、但體積或面積更小的組件，拿掉原本用作電磁干擾防護(hù)的金屬屏蔽、改用更細(xì)的地線或更小塊的地平面(ground plane)用作接地等。這些措施不僅能達(dá)到使產(chǎn)品外形輕巧的目的，更能節(jié)省許多產(chǎn)品開發(fā)的費(fèi)用以及量產(chǎn)后的成本，但卻極不利于電磁干擾問題的解決。

為有效解決電子產(chǎn)品電磁干擾的問題，并能兼顧靜電放電(ESD)防護(hù)的功用，可以采用具有靜電放電防護(hù)功能的電磁干擾濾波器(EMI+ESD filter)。圖1所示即為常見的π型低通濾波器。在Input及Output端點(diǎn)之間的組件，可以是電阻或是電感組件。是采用電阻還是電感，應(yīng)視產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用所需而定。

由于電磁干擾濾波器多應(yīng)用于電子產(chǎn)品的輸出入端口，π型(π-model)低通濾波器架構(gòu)中的Input端點(diǎn)及Output端點(diǎn)對(duì)GND的電容，一般會(huì)采用靜電放電防護(hù)組件，以兼做靜電放電防護(hù)之用。

晶焱科技(Amazing Microelectronic Corp.)在靜電放電防護(hù)技術(shù)上已累積了豐富的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)。公司開發(fā)的應(yīng)用于液晶顯示器的電磁干擾濾波器產(chǎn)品基本架構(gòu)如圖2所示。由圖2電路示意圖可知：π型低通濾波器的Input與Output之間是采用電阻(RI/O)組件橋接，Input端點(diǎn)及Output端點(diǎn)對(duì)GND的電容則是采用雙向?qū)?bi-directional)的瞬時(shí)電壓抑制器(TVS)。因此，該系列產(chǎn)品除了可以提供良好的低通濾波效果之外，還擁有很好的靜電放電防護(hù)效果。

表1所列為晶焱科技已推出的應(yīng)用于液晶顯示器的電磁干擾濾波器系列產(chǎn)品。適用于5V以下的額定電壓電路系統(tǒng)，線電容值約為27微微法拉(pF)。操作頻率在800百萬赫茲(MHz)時(shí)，其功率損耗可達(dá)-23dB，可以顯著地降低電磁干擾信號(hào)，以維持受保護(hù)電路的操作功能正常。晶焱科技同時(shí)推出三種不同通道數(shù)的電磁干擾濾波器產(chǎn)品，以方便其客戶依照不同需求選用合適的產(chǎn)品。

在靜電放電防護(hù)方面，該系列產(chǎn)品中的瞬時(shí)電壓抑制器具有極低的箝位電壓(Vclamp)、抗靜電防護(hù)效果更可高達(dá)1萬7千伏特以上(IEC 61000-4-2, contact mode ±17kV)。

在靜電放電事件的高導(dǎo)通電流下，瞬時(shí)電壓抑制器的箝位電壓越低則越能適時(shí)地被導(dǎo)通，以使受保護(hù)電路免于遭受靜電放電的侵害而永久受損失效。圖3所示為利用傳輸線脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)(TLP)所量得的箝位電壓比較圖。由圖中可以清楚看到，晶焱科技應(yīng)用于液晶顯示器的電磁干擾濾波器，在17安培的高靜電放電電流下具有最低的箝位電壓，可以非常有效地提供受保護(hù)電路一個(gè)快速有效的靜電放電旁通路徑。

另外，根據(jù)IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)所制訂的規(guī)格，第四級(jí)防護(hù)需提供至少接觸放電模式(contact discharge mode) 8千伏特(kV)、空氣放電模式(air discharge mode)15千伏以上的靜電放電防護(hù)能力。該系列產(chǎn)品提供接觸放電模式1萬7千伏特以上的靜電放電防護(hù)能力，明顯超出IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)第四級(jí)所規(guī)定的需求數(shù)值許多。

現(xiàn)今的便攜式電子產(chǎn)品已普及到幾乎每個(gè)人都擁有一、兩種產(chǎn)品，如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等。在使用上很受消費(fèi)者關(guān)注的一點(diǎn)，就是在操作模式下電池可持續(xù)使用的時(shí)間。晶焱科技應(yīng)用于液晶顯示器的電磁干擾濾波器系列產(chǎn)品，在操作模式下的組件漏電流極低，因此可以有效延長(zhǎng)電池持續(xù)使用的時(shí)間，非常適合用于便攜式電子產(chǎn)品的液晶顯示器系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

另一方面，晶焱科技的該系列產(chǎn)品采用芯片級(jí)封裝的形式。其芯片級(jí)封裝的錫球球距為0.4毫米。采用芯片級(jí)封裝的好處包括：在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可以有效減省電磁干擾濾波器組件所需占用的電路板面積，方便其它電路組件的擺放與設(shè)計(jì)。沒有塑料封裝形式所存在的顯著寄生效應(yīng)，因此，電子產(chǎn)品的主要電路性能不會(huì)受到明顯的影響。沒有塑料封裝的塑料外殼，更利于電磁干擾濾波器組件在操作狀態(tài)時(shí)的散熱。