有效解决手机EMI及ESD干扰的新型滤波器设计
ESD-EMI音频滤波器介绍
ESD/EMI音频滤波器介绍
随着便携式和无线设备的日趋复杂化，此类设备越来越容易受到静电放电(ESD)和电磁干扰(EMI)的影响。
尤其在立体声耳机、移动电话、便携式多媒体播放器、PDA 或笔记本电脑等电子设备中，需要降低电磁干扰，以确保电子设备的高音频质量。
电磁干扰(EMI)由无线射频产生，对音频线路造成影响。
同时，音频输
入和输出又会使射频线产生失真。
爱普科斯研制出一款新型组合式双重
ESD/EMI
图1：音频应用保护。
设计此款新型ESD/EMI 音频滤波器需要将十个分立组件的功能集于同
一块芯片上(图1)。
由于此滤波器具有20MHz 的截止频率和0.2Ω的低串联电阻，它在要求低通带衰减的应用中提供了良好的解决方案。
对于所有四波段GSM 频率制式(850/900/1800/1900MHz)、UMTS 制式(2.1GHz)、
GPRS/WLAN 和蓝牙频率(2.4GHz)，当频率范围为200MHz 至4GHz 时，其衰减高于-20dB。
在频率为900MHz 时，它的衰减值非常高，超过-60dB(图2)。
图2：插入损耗。
使用TVS 和齐纳二极管的滤波器在音频信号路径上具有非常明显的非线性特征。
因此，它们会大幅度增加总谐波失真度(THD)。
相比较而言，爱普科
斯生产的双重ESD/EMI 音频滤波器具有低THD 的特点，在1kHz 时噪声值低于-100dB，因而，它处理超清晰的声音的能力极佳。
图3：超电压的双重保护。
用于手机的高性能、微封装ESD和EMI解决方案
见 图 ３ 。
Ｐｒ ｏｄｕｃ ｏｒＭｏｂｉ ｔｆ ｌቤተ መጻሕፍቲ ባይዱＰｈｏｎｅ ｅ
Ｓ 所 推 出 的 Ｅ Ｄ 系 列 的 新 产 Ｔ ＳＡ 品 包 括 Ｌ ６ １ 、Ｖ Ｍ６ ６ １ Ｍ６等 ， Ｃ Ｖ Ｍ３ ６ ｌ 、 Ｖ— ５ 其特 点 是 高 性 能 以及 微 型 封 装，
的 影 响 尤 为 明 显 。由 于射 频 信 号 的 频 率 高达 ９ ０ ｚ以上 ， 远 高于 时 ０ ＭＨ 远
ｓ Ｔ的 电磁 干扰 解 决 方 钟 信 号 以 及 数 据 线 的 信 号 ，因 此 对 于 这 种 射 频 干 扰 ，需 要 一 种 产 品 来 案 — — ｜ＡＤ Ｐ
／Ｌ ｗ … ｏ ａ ｉ （Ｉ … ｅ ｛ ｐｆ ３ ｊ
Ｓ０Ｔ 。 ∞ Ｒ
／Ｓｍａ１｝ ｃｋ ｇ ） ａ ａ ｅ ／Ｓ ｛ 口 ｃ ａｇ ｍ ａ｝ ａ ｋ ，Ｈｍ ｈ ｒ ｇ ３； ｎ Ｙ ｔ ｔ ｒ ｏ ｉ ｔ ｙ ／ＳＬｌ ｂ ｃ １ ｈｄ ｎ ｉｙ ｉ● ｋ ｆ ‘ ｃ ｓｔ ｒ ／ Ｈ ｈ ，ｔ ｇ ａｉ ｒｅ ｒ ｔ ￣ ０
／Ｓ ｔ｝ｉ ｆ¨ ｜ ｌ ＿ Ｌ
］ ｕ ｒｆ、
１ ｄ 】 …
／ Ｓ ａ ｅｆ ｈｑ ｅ ｌ ｕ¨ ｂｌ ０ ｒ 『 ｈ ｄ ｎＳ ｔ ｙ
ｂ ａｒＳ ｏ ｄ
阵 列 ， 将 多 个 Ｅ Ｄ保 护 二 极 管 集 它 Ｓ
成 在 一 起 ，可 以 提 供 多 达 ５线 的 数 据线保护 。
机 中 的 芯 片发 出 击 穿 ； ２可 能会 使 （）
Ｐ ＣＢ 板 中 相 邻 的 金 属 极 发 生 击 穿 ； （） 能 会 损 害 Ｐ ３可 ＣＢ板 上 的 绝 缘 层 。 如 果 手 机 中 不 设 置 适 当 的 保 护 电
手机音频互连的EMI和ESD滤波
手机音频互连的EMI和ESD滤波无线便携设备中音频应用的复杂程度日益提高，带来了一些的系统集成方面的挑战。
其中一个挑战便是在音频线路上进行电磁干扰/射频干扰(EMI/RFI)抑制的同时，也在音频互连上提供静电放电(ESD)保护功能。
对于手机而言，音频互连是少数几个EMI/RFI路径涵盖从手机外部到手机内部的的区域之一，而且音频互连非常容易受ESD影响。
当耳筒或耳机初始连接至手机时，它们可能成为ESD源，并有可能损伤手机内部的一些元器件。
即便有足够的ESD保护能力或元器件本身足够稳固以致能承受ESD，耳筒仍然能像天线一样使EMI中断手机中的数据传输。
理想情况下，音频EMI滤波器应该在尽可能最小的封装中，利用足够的线路来提供充分的EMI/RFI滤波和强大的ESD保护功能，与此同时仍使电路尽可能简单。
用集成方案替代分立元件方案采用分立元器件方式进行ESD保护和EMI滤波的首要问题，是同时执行这两个功能所需要的元器件数量问题。
就EMI滤波而言，如果使用1个分立电感电容(LC)π型滤波器，就需要2个表面贴电容和1个表面贴电感。
为了具备ESD保护功能，还需要额外增加某种类型的表面贴瞬态电压抑制器(TVS)。
也就是说，一条音频线路的EMI滤波和ESD保护需要4个独立元件。
这里还未提及这些元件所需占用的便携设备弥足珍贵的空间问题。
如果有不止一条的音频线路，那么通常所使用的单个分立元器件解决方案就变得不切实际了，特别是在可能有多达4条音频线路的情况下。
图1a：传统的多芯片可视电话架构。
最简单的解决方案是在同一个元器件中集成EMI滤波和ESD保护功能。
首先，为集成解决方案提供ESD保护功能的集成型TVS二极管也提供EMI滤波所需的电容。
其次，在加工技术方面的改进也大幅提升了集成型电感的质量。
通过将这些独立元器件集成到硅片中，原本可能需要20个表面贴元器件的四通道解决方案，可用采用2.0×2.0mm封装的集成型解决方案来替代(图1a,b) 。
安森美推出带ESD保护EMI滤波器阵列
安森美推出带ESD保护EMI滤波器阵列
无
【期刊名称】《电子测试：新电子》
【年(卷),期】2004(000)012
【摘要】安森美半导体日前推出了四款高集成度、具有静电放电(ESD)保护功能的电磁干扰(EMI)滤波器阵列，采用薄型DFN封装。
此系列器件针对手机的高速数据接口而设计，其4通道、6通道、8通道的滤波器提供优异的性能和高可靠性。
【总页数】1页(P88)
【作者】无
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.53
【相关文献】
1.带ESD保护的EMI滤波器阵列CM1419 [J],
2.安森美推出用于汽车网络的LIN和CAN收发器及其EMI／ESD保护器件 [J],
3.安森美半导体推出带集成ESD保护的共模扼流圈EMI滤波器 [J], 章从福
4.安森美半导体推出集成ESD保护的共模扼流圈EMI滤波器 [J],
5.配有ESD保护二极管的EMI滤波器阵列 [J],
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
EMI滤波器的设计
EMI滤波器的设计滤波器技术的基本用途是选择信号和抑制干扰，滤波器是是压缩信号回路干扰频谱的一种方法，当干扰频谱的成分不同于有用信号的频谱时，就可以用滤波器将无用的干扰信号过滤，减小到一定程度，使传出系统的干扰不甚于超出给定的规范；使传入系统的干扰不甚于引起系统的误动作。
滤波器将有用信号和干扰频谱隔离得越充分，它对减少有用信号回路干扰的效果越好。
因此恰当的设计滤波器，对抑制传导干扰是极其重要的。
EMI滤波器的设计原则滤波器的设计既可以用电抗性组件实现，也可用吸收组件实现。
前者将不要的干扰信号反射回去，后者将不需要的信号吸收掉。
反射式滤波器通常由电感和电容这两种电抗组件组成，使在通带内提供低的串联阻抗和高的并联阻抗；而在阻带内提供高的串联阻抗和低的并联阻抗。
反射式滤波器就是利用LC建立起一个高的串联阻抗和低的并联阻抗，把干扰频率成分的能量反射回信号源，而达到抑制干扰的目的。
滤波器的有效性取决于滤波器连接的前后网络的阻抗，要达到有效的抑制EMI 信号的目的，必须根据滤波器两端连接的EMI信号的源阻抗和负载阻抗合理连接。
如图1所示，当滤波器的输入阻抗Z OUT与负载电阻Z L相等时，两者匹配，此时负载无反射。
当Z L≠Z OUT时，电路失配，则终端会产生反射，我们定义反射系数Γ=（Z OUT-Z L）/(Z OUT+Z L)(1)Z L图1：滤波器的工作原理当负载电抗时，反射系数是复数。
反射系数与衰减的关系是：A r =-10lg(1-∣T∣2 ) (2)工程应用中常用反射系数Γ来表示通带内的最大适配情况。
图2中的滤波器网络是电源EMI 滤波器，ΓI 表示源端对滤波网络的反射系数; ΓZ 表示负载端对滤波网络的反射系数，分三种情况讨论：① 对电源频率50HZ、60HZ 或400HZ 的交流信号而言，要求滤波网络无损耗传送。
即：ΓI =ΓZ =0； Z S =Z IN ; Z L =Z OUT ;② 为了滤除电网传来的EMI 信号，要求：Z S =Z IN ; ΓI =0 ；电网上的干扰传入滤波网络；Z L >>Z OUT ; ΓZ =1滤波网络全部吸收干扰（从负载全反射）。
es8311电路设计
es8311电路设计ES8311是一款集成式音频解决方案，广泛应用于手机、平板电脑、音乐播放器等消费电子产品中。
它具备出色的音频性能和强大的功能，为用户提供了高品质的音频体验。
在ES8311的电路设计中，有一些关键的部分需要特别注意。
首先是电源管理部分，它负责为ES8311提供稳定的电源供应。
在设计中，需要合理选择电源电压和电流，并添加必要的稳压电路和滤波电路，以确保音频信号的稳定性和纯净度。
另一个重要的部分是音频输入和输出接口。
ES8311支持多种音频接口，如I2S、PCM等，设计时需要根据实际需求选择合适的接口，并合理布局，以减少信号干扰和互相干扰。
在音频处理方面，ES8311配备了强大的数字信号处理器（DSP），能够对音频信号进行多种处理，如均衡、混响、降噪等。
在设计电路时，需要合理配置DSP的参数和算法，以满足用户对音频效果的要求。
ES8311还具备智能音频检测和控制功能，可以根据外部环境和用户需求自动调整音频参数，如音量、音调等。
这需要在电路设计中添加合适的传感器和控制电路，并编写相应的软件算法。
在ES8311的电路设计中，还需要考虑到功耗管理和热管理。
由于ES8311在工作时会产生一定的热量，所以需要在设计中加入散热装置，并合理布局，以保证ES8311的稳定工作，并防止过热损坏。
ES8311的电路设计还需要考虑到EMI（电磁干扰）和ESD（静电放电）保护。
在设计中需要合理布局和屏蔽关键信号线路，并添加必要的防静电保护电路，以保证ES8311的稳定工作和长寿命。
ES8311的电路设计是一个复杂而关键的任务，需要综合考虑多个因素，如电源管理、音频接口、音频处理、功耗管理、热管理、EMI和ESD保护等。
只有合理设计和精心调试，才能充分发挥ES8311的优势，为用户提供高品质的音频体验。
新一代手机设计中ESD和EMI问题解决方法
新一代手机设计中ESD和EMI问题解决方法中心议题：手机ESD和EMI防护设计手机EMI抗干扰功能解决方案：全新的单线保护 ESD阵列优化PCB面积超高速数据线路保护手机EMI滤波器设计最新的无线终端产品大多数都装备了高速数据接口、高分辨率LCD屏和相机模块，甚至有些手机还安装了通过DNB连接器接收电视节目的功能。
除增加新的功能外，手机尺寸的挑战依然没有变化，手机还在向小巧、轻薄方向发展。
众多功能汇聚在一个狭小空间内，导致手机设计中的ESD和EMI问题变得更加严重。
这些问题必须在手机设计的最初阶段解决，并需要按照应用选择有效的解决办法。
ESD和EMI 防护设计的新挑战传统的ESD保护或EMI滤波功能是由分立或无源器件解决方案占主导地位，例如，防护ESD的变阻器或防护EMI的基于串联电阻和并联电容器的PI型滤波结构。
手机质量标准的提高和新型IC的高EMI敏感度促使设计人员必须提高手机的抗干扰能力，因此某些方案的技术局限性已显露出来了。
简单比较变阻器和TVS二极管的钳位电压Vcl，就可以理解传统解决方案的局限性。
变阻器的钳位电压Vcl(8/20ms@Ipp=10A 测试)显示大约40V，比TVS二极管的Vcl测量值高60%。
当必须实施IEC 61000-4-2标准时，要想实现整体系统的稳健性就不能怱视这种差别。
除这个内在的电压差问题外，在手机使用寿命期内，随着老化现象的出现，无源器件解决方案还暴露出电气特性变化的问题。
因此，TVS二极管解决方案在ESD保护市场占据很大的份额，同时集成化的硅解决方案也是EMI滤波器不可或缺的组件。
是采用单线TVS还是ESD阵列保护？关于某些充分利用ESD保护二极管的布局建议，我们通常建议尽可能把ESD二极管放置距ESD干扰源最近的地方。
最好放在I/O接口或键盘按键的侧边。
因此，在选择正确的保护方法之前必须先区分应用形式。
以键盘应用为例，因为ESD源是一个含有多个触点的大区域，最好是设计类似于单线路TVS的保护组件，围绕电路板在每个按键后放置一个ESD二极管。
EMI滤波器的防护设计说明
Ly = 0.3 - 38 mH， Cy < 0.1μ F 漏电流 < 3.5 mA Lx = 几十-几百μ H Cx < 0.1 F
IL（dB)=20log(E1/E2)
但EMI电源滤波器对干扰噪声的抑制能力用插入损耗I.L
（Insertion Loss）来衡量。插入损耗定义为，没有滤波器接入
时，从噪声源传输到负载的功率P1和接入滤波器后，噪声源传 输到负载的功率P2之比，用dB（分贝）表示。
IL 10 logP1 / P2
IL 10 log V12 /V22 20 logV1 V2
选择适当的截止频率
截止频率越低，滤波器的体积越大，成本越高！
并非级数越多性能越好
插入损耗
这个干扰始终不能滤掉
频率
器件距离对高频性能的影响
防止磁心饱和的方法
共模扼流圈中的负载电流产生的磁场相互抵消，因此磁心 不会饱和。
电源线滤波器的特性
理想滤波器特性
损
耗
实际滤波器特性 越来越受到关注
30MHz
0.1Ω/100Ω及100 Ω/ 0.1Ω阻抗测量方法
上述测量方法又称为50Ω系统测量方法，即源和负载阻抗均在 50Ω匹配的条件下测量，是目前许多滤波器制造商传统沿用的测 量方法。在实际情况，由于源阻抗和负载阻抗（设备的阻抗） 不可能是恒定的50Ω，所以实际获得的滤波器插入损耗特性与用 50Ω系统测量获得的滤波器插入损耗特性不会相同。
这里要说明的是：
1)泄漏电流直接和电网电压、电网频率成正比。2)在检验滤波 器泄漏电流时，一定要采用符合国际规范的测量电路。 3)三相 滤波器的泄漏电流应是各相泄漏电流之和。
手持设备的EMI.ESD侵扰和TVS防护方案
PROTEK 公司产品总代理--------中明科技有限公司 香港办事处: 香港九龙官塘成业街6号摩登倉2702室A leading TVS Supplier手持设备的EMI/ESD 侵扰和TVS 的防护方案PROTEK DEVICES （HONG KONG ）LIMITED香港中明科技有限公司 技术应用部2008年3月一.序言： --------------------------- 第2页二.瞬态电压抑制器（TVS ）的工作特性 ----------------------------第3页三. TVS 对ESD 的防护原理 -----------------------------第4页四. TVS 对EMI 的防护原理 -----------------------------第6页五. 2008年PROTEK 的发展动态 ------------------------------第8页六. EMI/ESD 防护方案(美国PROTEK---TVS ) ----------------------第11页1. SIM/UIM 卡接口ESD 防护方案 ---------------------------------第11页 1.1 使用TVS 阵列做SIM/UIM 卡接口ESD 防护方案 --------------------第11页 1.2 使用桥式电路做SIM/UIM 卡接口ESD 防护方案 --------------------第12页2. SIM/UIM 卡的EMI/ESD 防护方案 - -----------------------------第13页3. 键盘电路ESD 防护方案 ---- -------------------- ----第14页4. 侧键ESD 防护方案 - ---------------------------第16页5. 语音电路EMI/ESD 防护方案 -------------------------- ----第16页6. 语音电路ESD 防护方案 - ------------------------------第17页 7． 用户接口 (尾插) 的ESD 防护方案 --- - ----------------------------第18页 8. 电源接口的ESD 防护方案 ------------------------------- ---第20页 9. USB 接口的ESD 防护方案 ----------------------------第21页 9.1 USB1.1接口的ESD 防护方案 ------------------------------第21页 9.2 USB2.0接口的ESD 防护方案 -- ----------- --------------------第23页 9.3 USB2.0接口的ESD 防护方案 ---------------------------------第24页 10. IEEE1394串行接口的ESD 防护方案 ---------------------------------第25页 11. 彩屏LCD 驱动接口的EMI/ESD 防护方案 --------------------------------第26页 12. 存储卡接口的EMI/ESD 防护方案 --------------------------------第28页 12.1 MMC 卡接口 -----------------------------------------第28页 12.2 SD 卡 ----------------------------------------------第30页 13. 天线的浪涌冲击的防护 ------------------------------------------------第32页1PROTEK 公司产品总代理--------中明科技有限公司 香港办事处: 香港九龙官塘成业街6号摩登倉2702室A leading TVS Supplier一. 序言：手机 ，PDA.，数码相机， MP3播放器和数码摄像机等电子手持设备，持续变薄变小, 众多功能汇聚在一个狭小的空间内, 同时集成电路又采用了更先进的工艺制造, 集成电路内部氧化物的击穿电压也逐步下降, 因此IC 器件对ESD 非常敏感, 人体接触/手工操作的原因经常受到EMI/ESD 的骚扰和威胁，导致手持设备的EMI/ESD 问题变得严重。
EMI滤波器电路原理及设计
EMI滤波器电路原理及设计引言开关电源以其体积小、重量轻、效率高等优点被广泛应用于电力电子设备系统中，但是开关电源易受到电磁干扰，产生误动作，且本身的高频信号也会引起大量的噪声，会污染电网环境，干扰同一电网其他电子设备的正常工作。
这样就对EMC提出了更高的要求指标。
分类：开关电源中的电磁干扰（EMI）主要有传导干扰和辐射干扰。
通过正确的屏蔽和接地系统设计可以得到有效的控制，对于传导干扰来说，加装EMI滤波器，是一种比较经济有效的措施，辐射干扰的抑制可以通过加装变压器屏蔽铜片。
EMI滤波器介绍开关电源与交流电网相连，尽管开关电源是一个单端口网络，但具有相线（L），零线（N），地线（E）的开关电源实际上形成了两个AC端口，所以噪声源在实际分析中可以将其分解为共模和差模噪声源。
火线（L）与零线（N）之间的干扰叫做差模干扰（属于对称性干扰），火线（L）与地线（E）之间的干扰叫做共模干扰（非对称性干扰）。
在一般情况下，差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小；共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。
开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。
1.开关电源的EMI干扰源开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。
（1）功率开关管功率开关管工作在On-O ff快速循环转换的状态，dv/dt和di/dt都在急剧变换，因此，功率开关管既是电场耦合的主要干扰源，也是磁场耦合的主要干扰源。
（2）高频变压器高频变压器的EMI来源集中体现在漏感对应的di/dt快速循环变换，因此高频变压器是磁场耦合的重要干扰源。
（3）整流二极管整流二极管的EMI来源集中体现在反向恢复特性上，反向恢复电流的断续点会在电感（引线电感、杂散电感等）产生高 dv/dt，从而导致强电磁干扰。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
有效解决手机EMI及ESD干扰的新型滤波器设计
目前对于许多流行的手机(尤其是翻盖型手机)而言，手机的彩色
LCD、OLED显示屏或相机模块CMOS传感器等部件，都是通过柔性电路或长走线PCB与基带控制器相连的，这些连接线会受到由天线辐射出的寄生
GSM/CDMA频率的干扰。
同时，由于高分辨率CMOS传感器和TFT模块的引入，数字信号要在更高的频率上工作，这些连接线会像天线一样产生EMI干扰或可能造成ESD危险事件。
上述这种EMI及ESD干扰均会破坏视频信号的完整性，甚至损坏基带控制器电路。
受紧凑设计趋势的推动，考虑到电路板空间、手机工作频率上的高滤波性能以及保存信号完整性等设计约束，分立滤波器不能为解决方案提供任何空间节省，而且只能提供针对窄带衰减的有限滤波性能，因此目前大多数设计者都使用集成的EMI滤波器。
随着手机及相机等便携式设备中LCD显示屏分辨率的提高，视频信号的传输速率也越来越高，传统的滤波器方案已慢慢达到它们的技术极限。
在配有高分辨率显示屏及嵌入式相机的手机中，信号是通过特定频率(取决于分辨率)从基带ASIC被传送至LCD及内嵌的相机上。
视频分辨率越高，数据工作的频率亦越高。
比如，对于30至60万像素的相机模块来说，时钟频率大约介于6至12MHz之间。
因此建议将滤波器(上下)截止频率选择在30至50MHz范围内。
随着分辨率的提高到数百万像素，时钟频率已超过60MHz，这要求滤波器的截止频率高达300MHz。
图1：新型滤波器单元结构(串联电阻为100欧姆，线电容为20pF)
图2：新型RC滤波器S21参数曲线
图3：英联电子LC滤波器单元结构面对手机行业的这些发展趋势，传统的。