最新的消費(fèi)電子產(chǎn)品,，如電視機(jī)、機(jī)頂盒或手機(jī),，都能相互連接在一起,，或者至少都配備高速度數(shù)據(jù)接口。最終消費(fèi)者最常用的接口是USB或 HDMI/MHL高清多媒體接口,，但是還有最終消費(fèi)者看不到的然而對(duì)于設(shè)計(jì)人員" title="設(shè)計(jì)人員">設(shè)計(jì)人員卻同等重要的內(nèi)部接口,，例如,，新出現(xiàn)的MDDI或MIPI接口,，這些內(nèi)部接口用于連接電路板上不同的模塊或功能,。例如，我們不能忽視手機(jī)相機(jī)傳感器或AMOLED顯示平板與手機(jī)主板的連接改用差分?jǐn)?shù)據(jù)線而棄用并行數(shù)據(jù)線的發(fā)展趨勢(shì),，因?yàn)椴罘謹(jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是可以提高數(shù)據(jù)速率和顯示器分辨率 ...

顯然,，這些新接口正在形成一個(gè)新的富有挑戰(zhàn)性的環(huán)境，同時(shí)加大了ESD和EMI現(xiàn)象對(duì)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的威脅,。

當(dāng)然,，傳統(tǒng)的EMI低通濾波器，如RC濾波器或LC濾波器,，將很快達(dá)到濾波器的極限值,，因此為適應(yīng)這些新的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)，我們必須開(kāi)發(fā)新一代保護(hù)芯片,。ECMF新系列保護(hù)芯片是以高性能濾波器享譽(yù)業(yè)界的意法半導(dǎo)體" title="意法半導(dǎo)體">意法半導(dǎo)體為滿足最新的超高速差分信號(hào)" title="差分信號(hào)">差分信號(hào)濾波和ESD保護(hù)要求而專門設(shè)計(jì)的新一代保護(hù)產(chǎn)品,。  

共模" title="共模">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" title="共模濾波器">共模濾波器" 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過(guò)去，ESD保護(hù)或EMI濾波功能以使用RC或LC解決方案為主,，例如 LTTC或硅芯片,。但是，數(shù)據(jù)速率更高的總線的問(wèn)世,，以及差分信號(hào)傳輸替代并行總線的發(fā)展趨勢(shì)，自然迫使設(shè)計(jì)人員提高整個(gè)系統(tǒng)的EMC抗干擾性,，尋求新的解決方案,。毋庸置疑，考慮到LC或RC濾波器是由電感或電阻與接地電容器組成,，特別是內(nèi)在電容效應(yīng)本身將會(huì)影響信號(hào)的完整性,，這兩類濾波器將無(wú)法適應(yīng)數(shù)據(jù)總線不斷提高速率的趨勢(shì),。因此，只要抑制電容即可避免濾波器出現(xiàn)電容效應(yīng),；但是這種方法意味喪失濾波器芯片的濾波屬性,。當(dāng)數(shù)據(jù)速率提高到每秒幾百兆位以上時(shí)，這種方法是一個(gè)進(jìn)退維谷的問(wèn)題,。

CMF濾波器又稱共模濾波器,，是解決這個(gè)進(jìn)退兩難問(wèn)題的好辦法，不僅支持受最高的數(shù)據(jù)速率,，還是差分信號(hào)傳輸技術(shù)如USB,、HDMI和MIPI的最佳保護(hù)方案。

 

高速USB 2.0接口利用差分信號(hào)方法在兩條數(shù)據(jù)線上傳輸數(shù)據(jù),，最高傳輸速率達(dá)到480 Mbps,。差分信號(hào)是指信號(hào)不以地線為基準(zhǔn)電壓，而是一個(gè)信號(hào)以另一個(gè)信號(hào)為基準(zhǔn)電壓,。差分信號(hào)在兩條線上傳輸,，每條線上的信號(hào)相位差180度，這意味著必須使用一個(gè)恰當(dāng)?shù)臑V波拓?fù)?，才能正確地濾除無(wú)用頻率,，同時(shí)不會(huì)破壞目標(biāo)差分信號(hào)的完整性。

新款CMF濾波器讓目標(biāo)差分信號(hào)通過(guò)濾波器,，但不會(huì)破壞差分信號(hào)的完整性,，同時(shí)還能濾除共模信號(hào)。共模濾波器的電感特性為差分信號(hào)產(chǎn)生最大7 GHz的寬頻帶,，同時(shí)為共模信號(hào)產(chǎn)生小于100 MHz的窄頻帶,。

一個(gè)理想的共模濾波器可有選擇地抑制共模信號(hào)，同時(shí)放行差分信號(hào),，而不會(huì)對(duì)差分信號(hào)有任何影響,。



差分模式的電流方向相反，產(chǎn)生的磁場(chǎng)的極性相反,，磁場(chǎng)被相互抵消,，在這種情況下，經(jīng)過(guò)CMF濾波器的信號(hào)沒(méi)有遇到任何阻抗,，更談不上信號(hào)衰減問(wèn)題,。



共模信號(hào)的電流向同一個(gè)方向流動(dòng)，在濾波器上產(chǎn)生一個(gè)同相磁場(chǎng),，兩個(gè)磁場(chǎng)相互疊加,。結(jié)果，軛流圈對(duì)于共模信號(hào)是一個(gè)很大的阻抗,，因此會(huì)降低共模信號(hào)的完整性,。

SCC21標(biāo)準(zhǔn)描述了共模衰減的基本特性,，如下圖所示:








USB 480 Mbps信號(hào)可產(chǎn)生240 MHz基頻 。因?yàn)樵撔盘?hào)本身是方波,，我們不難估算出傳送信號(hào)所需的帶寬,。利用傅利葉級(jí)數(shù)逼近算法，最后所需帶寬大約是基頻的三倍,。因此,，差分信號(hào)傳輸至少需要720 MHz的帶寬。從SCC21標(biāo)準(zhǔn)的共模濾波圖中不難看出,，為了讓三次諧波通過(guò)濾波器,，部分符合的要求的頻率被濾除。

我們對(duì)一個(gè)內(nèi)置意法半導(dǎo)體的ECMF濾波器的USB接口進(jìn)行測(cè)試,，從USB 480Mb/s的眼狀圖中可以看出,，該接口設(shè)計(jì)100%符合USB高速數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)信號(hào)衰減度測(cè)量值在900MHz時(shí)達(dá)到30db,。

這個(gè)原理還適用于更高速度的接口,，例如，MIPI 或HDMI/MHL接口,。



上圖顯示的測(cè)試結(jié)果與在USB 2.0上所做的測(cè)試完全相同,，現(xiàn)在，我們?cè)跀?shù)據(jù)傳輸速率更高的接口如HDMI720p上再做一次測(cè)試,。

下圖是一個(gè)MIPI接口的諧波測(cè)量結(jié)果,，濾波器放行的MIPI信號(hào)的最高頻率800Mhz(200Mhz 時(shí)鐘信號(hào)的四次諧波) ，同時(shí)濾除900Mhz到 2.2Ghz的噪聲,。



鑒于共模濾波器支持高達(dá)千兆位級(jí)（Gb/s）的數(shù)據(jù)速率,，同時(shí)可抑制高達(dá)千兆赫茲（GHz）的共模噪聲，我們得出結(jié)論,，共模濾波器是差分信號(hào)傳輸技術(shù)的最佳濾波解決方案,。



濾除EMI/RFI噪聲很重要，防止ESD損壞甚至損毀內(nèi)部電路同樣也很重要,。顯然,，前述的所有接口都安裝在外部端口內(nèi)，當(dāng)用戶插入或拔除插頭時(shí),，ESD事件很容易損壞這些接口,。通常情況下，把CMF濾波器與附加的外部器件如保護(hù)型芯片配合使用,，可以有效防止主芯片被擊穿,，如下圖所示(15kV接觸放電電壓在芯片氧化層產(chǎn)生的熔點(diǎn))。





意法半導(dǎo)體的新款ECMF濾波器在同一顆芯片上整合了ESD保護(hù)電路,，如下圖所示：

像意法半導(dǎo)體的ECMF一樣,，集成低電容ESD保護(hù)電路的共模濾波器能夠?yàn)楦咚贁?shù)據(jù)接口提供完美且安全的ESD防護(hù)功能，使最終產(chǎn)品設(shè)計(jì)達(dá)到要求最嚴(yán)格的IEC61000-4-2半導(dǎo)體元器件15kV空氣放電和8kV接觸放電標(biāo)準(zhǔn),。



談到ESD保護(hù)問(wèn)題,，有一個(gè)重要因素需要注意，當(dāng)施加靜電放電脈沖時(shí),，直接連在保護(hù)電路后面的被保護(hù)芯片不能接受過(guò)高的電壓,，這個(gè)參數(shù)被稱為鉗位電壓。



為了評(píng)估不同的共模濾波器拓?fù)?，測(cè)量ESD保護(hù)性能,，我們圍繞鉗位電壓值，進(jìn)行了幾次ESD測(cè)試,。下面的圖示描述了測(cè)試過(guò)程,。我們使用一支靜電槍對(duì)被測(cè)器件進(jìn)行8kV接觸放電測(cè)試，同時(shí)在CMF濾波器后面連接示波儀捕捉電壓波形變化,。

這種實(shí)驗(yàn)方法可精確地模擬在一次ESD靜電放電事件后印刷電路板" title="印刷電路板">印刷電路板所承受的電壓值,。在這些條件下，在8kV靜電放電后,，輸出電壓測(cè)量值為50V,，這是目前最低的鉗位電壓，因此是ECMF當(dāng)前市場(chǎng)上最安全的CMF濾波器+TVS瞬變電壓抑制解決方案,。



為使用共模濾波器獲得最佳的RFI/EMI噪聲衰減度,，設(shè)計(jì)人員必須參考幾個(gè)重要參數(shù)，其中帶寬是一個(gè)至關(guān)重要的參數(shù),。這個(gè)數(shù)值是對(duì)諧波頻率的估算結(jié)果,，對(duì)應(yīng)濾波器準(zhǔn)許通過(guò)的最大信號(hào)頻率。傳送1 GHz信號(hào)的三次諧波至少需要3-4 GHz的帶寬,，這是避免數(shù)據(jù)完整性被破壞的一個(gè)要素,。

下表是ECMF濾波器與市場(chǎng)上其它品牌濾波器的帶寬比較表。 我們假設(shè)帶寬是在SDD21參數(shù)的最大衰減度-3db下取得的,。

解決方案1和2表明,，在一個(gè)LTTC結(jié)構(gòu)內(nèi)增加變阻器，將會(huì)提高濾波器固有電容,，導(dǎo)致帶寬降低,。雖然硅技術(shù)可以提升性能，但是,，通過(guò)比較解決方案3和4,，我們發(fā)現(xiàn)意法半導(dǎo)體的單片解決的性能優(yōu)于雙片解決方案（解決方案3）。



除比較濾波性能外，我們還需比較ESD保護(hù)性能,。通過(guò)測(cè)量不同解決方案的鉗位電壓值,，設(shè)計(jì)人員可評(píng)估并找出最適合保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的達(dá)到IEC安全要求的技術(shù)和拓?fù)洹?br />
為了更好地評(píng)估比較內(nèi)置變阻器的LTTC濾波器的性能和在印刷電路板上外接齊納二極管的LTTC濾波器的性能，我們又做了幾項(xiàng)ESD測(cè)試,。





紅色測(cè)量值表示外接齊納二極管的LTTC共模濾波器,。在施加一次8kV接觸靜電放電脈沖后，鉗位電壓上升到250V,，幾乎是內(nèi)置TVS保護(hù)二極管的硅濾波器解決方案的5倍,。

藍(lán)色測(cè)量結(jié)果代表內(nèi)置變阻器的LTTC共模濾波器。因?yàn)榧稍跒V波器內(nèi)部,，寄生電容值被降低,，該濾波器的鉗位電壓較紅色測(cè)量數(shù)值明顯改進(jìn)。但是,，鉗位電壓上還是上升到150V,，依然是意法半導(dǎo)體的內(nèi)置TVS保護(hù)二極管的單片共模濾波器的3倍。

便攜應(yīng)用設(shè)計(jì)人員最關(guān)心的問(wèn)題是減少元器件的數(shù)量,，優(yōu)化印刷電路板的空間和系統(tǒng)成本,。在這個(gè)方面，集成技術(shù)給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)多個(gè)好處,，促使設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中選擇共模濾波器,，從而推動(dòng)新的共模濾波器發(fā)展。正前文所述,，因?yàn)榧杉夹g(shù)抑制寄生電感,，使數(shù)據(jù)帶寬和衰減度都得到提升，所以,，通過(guò)在一顆芯片上集成多個(gè)功能,，共模濾波器的ESD和濾波性能均大幅提升。事實(shí)上,，保護(hù)二極管被集成到濾波器結(jié)構(gòu)內(nèi),，有助于簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減少印刷電路板上的連接線,；因此,，沒(méi)有寄生電感影響濾波抑制效果和保護(hù)性能。

從優(yōu)化電路板空間角度考慮,，集成技術(shù)是必選技術(shù),。內(nèi)置保護(hù)器件的共模濾波器大幅縮減印刷電路板空間，同時(shí)減少元器件的數(shù)量,。下圖是一個(gè)外接兩個(gè)保護(hù)芯片（采用0402封裝的TVS二極管）的雙線LTTC共模濾波器與實(shí)現(xiàn)同一功能的意法半導(dǎo)體單片ECMF濾波器的比較圖,。

基于LTTC濾波器的解決方案在印刷電路板上占用大約4.5mm2的空間,，而ESD保護(hù)濾波二合一芯片CMF占板僅為2.8mm2，節(jié)省印刷電路板空間40%,?？紤]到元器件的間隙，意法半導(dǎo)體解決的優(yōu)勢(shì)就更加明顯,，節(jié)省空間超過(guò)50%,。

此外，這個(gè)采用意法半導(dǎo)體的CMF濾波器的設(shè)計(jì)范例還能使元器件數(shù)量節(jié)省70%,。




這個(gè)內(nèi)置保護(hù)芯片的新一代共模濾波器為設(shè)計(jì)人員帶來(lái)多重好處。除特別適合在高速差分信號(hào)應(yīng)用中濾除擾動(dòng)和抑制噪聲外,，新產(chǎn)品還特別適合加強(qiáng)EMC抗干擾性能,，大幅度縮減印刷電路板上的元器件數(shù)量，最終縮減印刷電路板的面積,。

意法半導(dǎo)體的內(nèi)置ESD保護(hù)芯片的新一代CMF濾波器共有兩款產(chǎn)品：雙線 ECMF02-2AMX6 和四線ECMF04-4AMX12,，這兩款產(chǎn)品都采用塑料通孔封裝，封裝面積分別為1.7mm x 1.6 mm和1.5 mm x 3.3mm,。針對(duì)希望設(shè)計(jì)外觀尺寸更小的便攜產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員,，意法半導(dǎo)體還推出了WCSP封裝的CMF濾波器。詳情聯(lián)系意法半導(dǎo)體銷售處或訪問(wèn)公司網(wǎng)站 www.st.com.