手机设计中EMI抗干扰和ESD保护一个完整产品的结构设计过程
讨论实际设计中遇到的EMCEMI设计难题以及ESD防护
随着电气电子技术的发展，家用电器产品日益普及和电子化，广播电视、邮电通讯和计算机及其网络的日益发达，电磁环境日益复杂和恶化，使我们逐渐关注设备的工作环境，日益关注电磁环境对电子设备的影响，电气电子产品的电磁干扰(EMI)和电磁兼容性(EMC)的问题越来越受到工程师和生产企业的重视。
电子元件技术网为帮助广大工程师朋友解决在产品设计和应用中遇到的EMC/EMI问题，已成功举办了七届电磁兼容技术研讨会，邀请在EMC/EMI领域的专家讲解其市场、技术趋势和前沿应用，更有现场提问环节，与专家讨论实际设计中遇到的EMC/EMI设计难题以及ESD防护。
本期半月谈将以往EMC/EMI研讨会的技术精华进行了汇总。
静电防护（ESD）找到被保护对象很重要“在设计电磁防护电路中，工程师要清楚的知道在系统里要保护什么？找到被保护的对象很重要，如何在10000个器件中找到哪些是核心的，哪些是容易受干扰的？当找到了被保护的电路，就要开始进行静电分析，是哪种静电让它失效的？是什么原因？分析完种种原因后就要进行静电防护措施，选用对应的器件。
”赵阳博士在电磁兼容问题综合解决方案中提到。
传导性ESD防护：对静电电流在电路中防护主要使用一些保护器件，在敏感器件前端构成保护电路，引导或耗散电流。
此类保护器件有：陶瓷电容，压敏电阻，TVS管等。
辐射性ESD防护：对于静电产生的场对敏感电路产生影响，防护方法主要是尽量减少场的产生和能量，通过结构的改善增加防护能力，对敏感线路实施保护。
对场的保护通常比较困难，在改良实践中探索出了一种叫做等位体的方法。
通过有效地架接，是壳体形成电位相同体，抑制放电。
事实证明此种方式有效易于实施。
防护静电的一般方法（前三条是针对直接放电，后两条是针对关联场的耦合）•减少静电的积累；•使产品绝缘，防止静电发生；•对敏感线路提供支路分流静电电流；•对放电区域的电路进行屏蔽；•减少环路面积以保护电路免受静电放电产生的磁场的影响。
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) 。
EMI和ESD基知及PCBLAYOUT时如何防止
EMI和ESD基础知识及PCB LAYOUT時如何防止1.EMC內容EMC是Electromagnetic Compatibility的縮寫,即電磁兼容性, 是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。
EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。
国际电工委员会标准IEC对电磁兼容的定义是：系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作，同时不对其他系统和设备造成干扰。
EMC 包括EMI(interference)和EMS(susceptibility),也就是电磁干扰和电磁抗干扰。
EMI，电磁干扰度，描述一产品对其他产品的电磁辐射干扰程度，是否会影响其周围环境或同一电气环境内的其它电子或电气产品的正常工作；EMS，电磁抗干扰度，描述一电子或电气产品是否会受其周围环境或同一电气环境内其它电子或电气产品的干扰而影响其自身的正常工作。
EMI又包括传导干扰CE（conduction emission）和辐射干扰RE(radiation emission)以及谐波harmonic。
EMS又包括静电抗干扰ESD，射频抗扰度EFT，电快速瞬变脉冲群抗扰度，浪涌抗扰度，电压暂降抗扰度Dip，等等相关项目。
ESD是ElectroStatic Discharge,即”静电放电”的意思,电子产品使用+/-8KV空气放电,非金属部分,使用+/-4KV接触放电,金属部分的标准.2. 电磁干扰源3.EMC标准编号4.电磁兼容标准的内容5.PCB板层分配在PCB LAYOUT压制辐射比在机壳的金属和塑胶方面的改良方面下功夫更有效.不同板层电源,地,信号线排布可参考下表.6.EMC LAYOUT注意的地方.a.IC電源線的處理,所有的DSP,都有幾組電源,+3.3V,+1.8V,在+3.V或+1.8V網絡上有許多0.1uF電容,不能能幾個電容放到一起就可以了,事實上每個電容都對應著主IC的一個電源腳.下圖是凌陽SPCA536 DSP 電源腳的0.1uF電容, LAYOUT時盡量要求每個電容盡量靠近所對應的電源腳,b.时钟线的处理a)时钟线的频率很高,从MCU到功能IC都有CLOCK线,到内存,到SENSOR IC等IC都有CLOCK,此网络走线对辐射影响大.b)频率大于等于66M的时钟线，每条过孔数不要超过2个, 频率小于66M的时钟线，每条过孔数不要超过3个,走线尽可能短.c)时钟线不要和I/O线平行走,如果做不到,间距要大于50MIL.c. USB信号线的处理要求D+和D-两条信号要求等长等宽,尽量平行走线,尽量不穿孔,一条线最多一个过孔.线宽30MIL以上.d.布线原则a)数字地与模拟地分开,尽量加宽电源线、地线宽度,它们的关系一般是:地线> 电源线> 信号线,通常信号线宽为:0. 2～0. 3mm,最细宽度可达0. 08～0.1mm,电源线为1. 2～2. 5 mm。
EMI滤波器电路原理及设计
EMI滤波器电路原理及设计EMI滤波器（Electromagnetic Interference Filter）是一种用于抑制电磁干扰的电路。
电磁干扰是指电子设备之间相互干扰产生的电磁辐射或者干扰信号，会对设备的正常操作和性能产生负面影响。
EMI滤波器通过选择性地传递或者屏蔽指定频率范围内的信号，从而实现对电磁干扰的抑制。
一般来说，低通滤波器是指可以通过低于其中一特定频率的信号，而对高于该特定频率的信号进行滤波的电路。
低通滤波器常用于消除高频电磁干扰。
一个常见的低通滤波器电路是RC滤波器，由电容器和电阻器组成。
电容器对于高频信号具有很大的阻抗，从而将高频信号绕过电路，实现滤波作用。
选择合适的电容和电阻大小可以实现对于特定频率的信号滤波。
相比之下，高通滤波器是指可以通过高于其中一特定频率的信号，而对低于该特定频率的信号进行滤波的电路。
高通滤波器常用于消除低频电磁干扰。
一个常见的高通滤波器电路是RL滤波器，由电感器和电阻器组成。
电感器对于低频信号具有很大的阻抗，从而将低频信号绕过电路，实现滤波作用。
选择合适的电感和电阻大小可以实现对于特定频率的信号滤波。
除了RC和RL滤波器，还有其他各种类型的EMI滤波器电路，比如LC滤波器、二阶滤波器、传输线滤波器等，可以根据具体应用的需求进行选择和设计。
在EMI滤波器电路的设计中，首先需要确定需要滤波的频率范围，然后根据频率范围选择合适的滤波器类型。
其次，需要根据滤波器的阻抗特性和传输线的特性来选择适当的元件值。
还需要注意电路的功率和电流容量，以确保电路能够在正常工作范围内工作。
在实际应用中，EMI滤波器电路通常需要与其他电路结合使用，比如与电源、传输线路、信号线路等进行连接。
因此，需要特别注意电路的布局和接线，以减少电磁干扰的传播路径。
总之，EMI滤波器电路是一种用于抑制电磁干扰的重要电路，通过选择性地传递或者屏蔽指定频率范围内的信号，实现对电磁干扰的抑制。
在设计EMI滤波器电路时，需要根据具体应用需求选择合适的滤波器类型，并根据电路的阻抗特性和传输线的特性选择适当的元件值。
emi sheilding流程
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电话设计中的ESD防护
电话设计中的ESD防护电话设计中的ESD防护2020-06-19 22：10所有数码产品的静电防护都大体相似，电话那个产品超级具有代表性，那个地址重点介绍一下电话的结构设计、PCB设计、电路设计中的应注意的问题，提出了电话设计中静电防护和改良的方法。
并就ESD的形成机理、对电子产品的危害，重点就电话设计中的ESD问题及防护和设备改善做了重点研究。
关键词：静电电话ESD TVS静电是人们超级熟悉的一种自然现象。
静电的许多功能已经应用到军工或民用产品中，如静电除尘、静电喷涂、静电分离、静电复印等。
但是，静电放电ESD(Electro-Static Discharge)却又成为电子产品和设备的一种危害，造成电子产品和设备的功能紊乱乃至部件损坏。
现代半导体器件的规模愈来愈大，工作电压愈来愈低，致使了半导体器件对外界电磁骚扰灵敏程度也大大提高。
ESD关于电路引发的干扰、对元器件、CMOS电路及接口电路造成的破坏等问题愈来愈引发人们的重视。
电子设备的ESD也开始作为电磁兼容性测试的一项重要内容写入国家标准和国际标准。
1.静电成因及其危害静电是两种介电系数不同的物质磨擦时，正负极性的电荷别离积存在两个特体上而形成。
当两个物体接触时，其中一个趋从于另一个吸引电子，因此二者会形成不同的充电电位。
就人体而言，衣服与皮肤之间的磨擦发生的静电是人体带电的要紧缘故之一。
静电源与其它物体接触时，依据电荷中和的物理存在着电荷流动，传送足够的电量以抵消电压。
在高速电量的传送进程中，将产生潜在的破坏电压、电流和电磁场，严峻时将其中物体击毁，这确实是静电放电。
国家标准中概念：静电放电是具有不同静电电位的特体相互靠近或直接接触引发的电荷转移(GB/T4365-1995)，一样用ESD表示。
ESD会致使电子设备严峻损坏或操作失常。
静电对器件造成的损坏有显性和隐性两种。
隐性损坏在那时看不出来，但器件变得更脆弱，在过压、高温等条件下极易损坏。
USB的EMI和ESD设计
USB接口的EMI和ESD设计方案时下流行的USB2.0接口具有高达480Mbps的传输速率，并与传输速率为12Mbps的全速USB1.1和传输速率为1.5Mbps的低速USB1.0完全兼容。
这使得数字图像器、扫描仪、视频会议摄像机等消费类产品可以与计算机进行高速、高性能的数据传输。
另外值得一提的是，USB2.0的加强版USB OTG可以实现没有主机时设备与设备之间的数据传输。
例如。
数码相机可以直接与打印机连接并打印照片，PDA可以与其它品牌的PDA进行数据传输或文件交换。
USB接口的传输速率很高，因此如何提高USB信号的传输质量、减小电磁干扰(EMI)和静电放电(ESD)成为USB设计的关键。
本文以USB2.0为例，从电路设计和PCB设计两个方面对此进行分析。
当USB2.0接口采用高速差动信号传输方式时，由于接地层与电源层的信号摇摆，放射噪声会有所增加。
因此，为避免串扰并保证信号的完整性，消除将要混入高速信号中的共模噪声是电磁兼容设计的必要对策。
在图1所示的电路中，数据电源线和地线上分别串联一个阻抗为120欧姆、额定电流为2A的磁珠，而差分线对上则串联一个共模阻抗为90欧姆的共模扼流器。
共模抗流器由两根导线同方向绕在磁芯材料上，当共模电流通过时，共模抗流器会因磁通量叠加而产生高阻抗；当差模电流通过时，共模抗流器因磁通量互相抵消而产生较小阻抗。
由于USB接口具有可热插拔性，USB接口很容易因不可避免的人为因素而导致静电损坏器件，比如死机、烧板等。
因此使用USB接口的用户迫切要求加入防ESD的保护器件。
在下图电路中，数据电源线、地线上各有一个工作电压为5.5V、电容为100pF的TVS/压敏电阻连到屏蔽地上。
差分线对因数据传送速度高达480Mbps，则需要连接电容<4pF的器件，因为较大的电容可导致数据信号波形恶化，甚至出现位错误。
因此在差分线对上接入工作电压为18V、电容最大值为4pF的TVS/压敏电阻器。
cmos电路中esd保护结构的设计
cmos电路中esd保护结构的设计CMOS电路被广泛运用于各种数字和模拟电路中。
然而，由于ESD（静电放电）事件的影响，CMOS电路仍然面临着破坏的风险。
因此，保护CMOS电路免受ESD的影响是非常重要的。
本文将讨论ESD保护结构的设计。
1. ESD基础知识ESD是指在接触、分离或摩擦两个带电物体时，由于静电作用而产生的瞬时放电现象。
在CMOS电路中，ESD事件可能破坏器件的PN结、栅极氧化层和金属线等。
2. ESD保护结构的形成ESD保护结构的设计基于两个原则：首先，防止ESD电荷积聚，并尽快将电荷从器件移走。
其次，减小ESD电荷得以穿透器件的功率密度。
为了满足这两个原则，ESD保护结构通常由以下四个组成部分组成：(1) ESD灵敏结构：ESD电荷积累在这个结构中，以便快速释放。
(2) 过压保护结构：当CMOS电路受到过高供电电压的打击时，过压保护结构会将电荷从器件中移走。
(3) 电感结构：电感结构可以提高ESD耐压强度，并防止ESD电荷在CMOS电路中传播。
(4) 负载结构：负载结构用于吸收ESD放电产生的能量。
3. ESD保护结构的实现ESD保护结构的实现可以通过以下方式：(1) 使用二极管结构：这种结构使用单极或双极二极管，以将ESD电荷移走。
(2) 使用MOSFET结构：这种结构使用N型或P型MOSFET，以将ESD电荷移走。
(3) 使用双向瞬态抑制器（TVS）：这种结构是一种二极管并联的瞬态抑制器，能够快速移走ESD电荷。
(4) 使用正弦脉冲阻抗（SPI）：这种结构是一种多级阻抗网络，可以提高ESD耐压能力。
4. 结论ESD保护结构的设计是保证CMOS电路稳定性的重要一环。
通过设计合适的ESD保护结构可以最大限度地减小ESD事件对CMOS电路的影响，从而提高电路的寿命和可靠性。
ESD保护电路的设计
ESD保护电路的设计静电放电（ESD）会给电子产品带来致命的危害，它不仅降低了产品的可靠性，增加了维修成本，而且不符合欧洲共同体规定的工业标准EN61000-4-2，产品就不能够在欧洲销售。
所以电子设备制造商通常会在电路设计的初期就考虑ES D保护。
本文将讨论ESD保护电路的几种方法。
ESD的危害ESD基本上可以分为三种类型，一是各种机器引起的ESD，二是家俱移动或设备移动引起的ESD，三是人体接触或设备移动引起的ES D。
这三种种ES D对于半导体器件的生产和电子产品的生产都非常重要。
电子产品在使用过程最容易受到第三种ES D的损坏，便携式电子产品尤其容易受到人体接触产生的ESD的损坏。
在一般情况下ES D会损坏与之相连的接口器件，另一种情况是遭受ES D冲击后的器件可能不会立即损坏，而是性能下降导致产品过早出现故障。
当集成电路（IC）经受ESD时，放电回路的电阻通常都很小，无法限制放电电流。
例如将带静电的电缆插到电路接口上时，放电回路的电阻几乎为零，造成高达数十安培的瞬间放电尖峰电流，流入相应的IC管脚。
瞬间大电流会严重损伤IC，局部发热的热量甚至会融化硅片管芯。
ESD对IC的损伤还包括内部金属连接被烧断，钝化层受到破坏，晶体管单元被烧坏。
ESD还会引起IC的死锁（LATCHUP）。
这种效应和CMOS器件内部的类似可控硅的结构单元被激活有关。
高电压可激活这些结构，形成大电流信道，一般是从VCC到地。
串行接口器件的死锁电流可高达1A。
死锁电流会一直保持，直到器件被断电。
不过到那时，IC通常早已因过热而烧毁了。
ESD冲击后可能存在两个不易被发现的问题，一般用户和IEC测试机构使用传统的“环路反馈方法”和“插入方法”进行测试，通常检测不出这两个问题。
一个问题是RS-232接口电路中接收器对发送器产生交叉串扰。
同类产品RS-232接口电路中的ESD保护结构可能对某种波形的ESD或某个ESD冲击电压失效，经过ESD冲击后在接收器输入端和发送器输出端之间形成通路，从而导致接收器对发送器产生交调（图1）。
当代手机各外部接口的ESD保护设计指南
当代手机各外部接口的ESD保护设计指南在考虑为手机的ESD保护选择ESD保护元件之前，理解今天电子行业正在发生的一个关键趋势是非常重要的。
简言之，包含在今天各种应用采用的许多芯片组中的ESD保护电路数量正在减少。
换言之，这些芯片组在严重的、用户生成的ESD事件下免受损坏的能力正在下降。
目前几乎所有的芯片组都有片上ESD保护。
ESD电路放在芯片的外围和邻近I/O焊垫处，它用于在晶圆制造和后端装配流程中保护芯片组。
在这些环境中，ESD可通过设备或工厂的生产线工作人员引入到芯片组上。
关键的ESD规范包括人体模型(HBM)、带电器件模型(CDM)和机器模型(MM)。
这些测试规范的目的是确保芯片组在制造环境中维持很高的制造良率。
传统上，芯片制造商一直试图维持HBM要求的2，000V水平。
从成本效益比的角度来看，这已经被证明是件很难做到的事。
从图1可以看出，随著制造技术转向90nm以下，将ESD保护水平维持在2，000V的成本，已开始以指数级上升。
因此，现在新的目标是降低芯片上的ESD保护水平，但维持相同的高制造良率水平。
目前普遍接受的关键ESD保护电压水平约为500V。
在这一水平，芯片成本增加得较合理，良率水平也不会受到损害。
这是因为典型的晶圆厂和装配车间有将ESD限制在500V或以下的政策。
因此，即使所有的芯片组在裸片上包含一些ESD保护电路，其目的也只是确保制造的高良率。
不过，这一级别的ESD保护不足于保护芯片组免受消费者实际使用手机时将会碰到的严重ESD事件的伤害。
在无法预先控制的消费环境中，必须使用不同的ESD保护规范。
这就是IEC61000-4-2。
该IEC规范已被许多应用制造商(手机、智能电话、MP3播放器等)使用来确保其产品可靠地工作，以及不会遭受早期失败。
这一规范的ESD保护电压水平高很多，因此与HBM不兼容。
HBM规范要求的测试集中在500V。
另一方面，IEC中的空气放电方法要求的测试可以超过15，000V。
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手机设计中EMI抗干扰和ESD保护一个完整产品的结构
设计过程
一、EMI抗干扰设计
EMI（Electromagnetic Interference）抗干扰设计是为了防止手机
内部电子设备产生的电磁辐射对周围环境和手机自身电路的干扰。
EMI抗
干扰设计过程包括以下几个步骤：
1.确定EMI标准和要求：根据国家和地区的EMI标准，确定手机的
EMI性能要求。
2.电路布局的设计：合理布局手机内部电路，减少信号干扰。
采取合
理的电路分割和隔离，将高频电路与低频电路相互隔离，减少干扰的传导。
3.引脚布局的设计：通过合理设计引脚布局，减少信号回流和环流路
径的长度，降低干扰的辐射。
4.滤波器的设计：在关键电路信号的输入和输出端添加滤波器，减少
高频噪声和杂波的干扰。
5.电源供电的设计：采用稳定可靠的电源供电方案，减少电源噪声对
电路的影响。
6.屏蔽设计：在关键电路和敏感电路附近设置金属屏蔽罩，减少电磁
场的辐射。
7.线缆和布线的设计：采用合适的线缆和布线方式，降低信号的串扰
和干扰。
8.EMC测试和优化：通过EMC测试，评估和优化手机的EMI性能，确
保满足EMI标准要求。
二、ESD保护设计
ESD（Electrostatic Discharge）保护设计是为了防止静电放电对手机电子设备造成损害。
ESD保护设计过程包括以下几个步骤：
1.确定ESD标准和要求：根据国家和地区的ESD标准，确定手机的ESD保护性能要求。
2.接口设计：通过合理选择接口的防护元件（如TVS二极管等），防止外部ESD对接口进行损害。
3.PCB布局设计：合理的PCB布局，包括电路分割、地线和电源线的布局，减少ESD能量的传导和辐射。
4.ESD保护器件的选择和布置：选择适当的ESD保护器件，并在关键电路和引脚周围布置，以提供有效的ESD保护。
5.地线设计：合理规划手机的地线，确保地线连接良好，减少ESD引起的瞬态电流对电路的影响。
6.测试和验证：通过ESD测试，评估手机的ESD保护性能，确保满足ESD标准要求。
最后，EMI抗干扰和ESD保护设计是手机结构设计中必不可少的一部分，它们的合理设计可以有效保护手机内部电子设备免受干扰和损害，确保手机的正常工作。
通过以上步骤，可以有效提高手机产品的抗干扰能力和ESD耐受能力，确保产品的质量和可靠性。