如今的手機等便攜設(shè)備的尺寸日趨小巧纖薄,，同時又在集成越來越多的新功能或新特性,，如大尺寸顯示屏、高分辨率相機模塊、高速數(shù)據(jù)接口,、互聯(lián)網(wǎng)接入、電視接收等,，讓便攜設(shè)備的數(shù)據(jù)率及時鐘頻率越來越高,。這樣，便攜設(shè)備面臨著諸多潛在的電磁干擾(EMI)/射頻干擾(RFI)源的風險,，如開關(guān)負載,、電源電壓波動、短路,、電感開關(guān),、雷電、開關(guān)電源,、RF放大器和功率放大器,、帶狀線纜與視頻顯示屏的互連及時鐘信號的高頻噪聲等。因此,，設(shè)計人員需要針對音頻插孔/耳機,、USB端口、揚聲器,、鍵盤,、麥克風、相機,、顯示屏互連等多個位置,，為便攜設(shè)備選擇適合的EMI/RFI濾波方案。
常見EMI/RFI濾波器類型及濾波要求
對于EMI/RFI濾波器而言,，從架構(gòu)上看,，最常見的架構(gòu)是“Pi”濾波器，顧名思義,，這種架構(gòu)類似于希臘字母“π”,。常見的π型濾波器有兩種，分別是C-R-C(電容-電阻-電容)濾波器和C-L-C(電容-電感-電容)濾波器,。其中,，C-R-C濾波器(見圖1a)也稱RC-π型濾波器或π型RC濾波器，用于音頻及低速數(shù)據(jù)濾波應(yīng)用,；C-L-C濾波器(見圖1b)也稱作LC-π型濾波器或π型LC濾波器,，用于音頻、低速及高速數(shù)據(jù)濾波應(yīng)用,。
π型濾波器還有一種擴展類型,，即形狀象梯子的梯形濾波器，其中最常見的是LC(電感電容)梯形濾波器(見圖1c)，這種濾波器承受更高的數(shù)據(jù)率,，但在濾波元件(電感或電容)增多時,，尺寸和成本會成為問題，導(dǎo)致物料成本更高,、封裝更大,。
圖1：常見EMI/RFI濾波器類型的結(jié)構(gòu)示意圖：a) π型RC；b) π型LC,；c) LC梯形,。
這幾種類型的EMI/RFI濾波器中，從頻幅響應(yīng)比較來看,，π型RC濾波器的躍遷帶(transition band)最寬,，轉(zhuǎn)折率(rolloff)最低；π型LC濾波器的轉(zhuǎn)折率較低,，但躍遷帶適中,；梯形濾波器則能實現(xiàn)極高的轉(zhuǎn)折率及較窄的躍遷帶寬。
就EMI/RFI濾波而言,，以手機應(yīng)用為例,，傳統(tǒng)上的一個基準頻率是800 MHz，因為800 MHz接近手機所用頻段的起始頻率,。大多數(shù)情況下,，手機設(shè)計工程師要求在800 MHz以上頻率進行濾波，這一般意味著最低30 dB的信號衰減,。隨著手機中功能的增多以及時鐘與數(shù)據(jù)信號的分類,，基準頻率正在降低。許多便攜電子產(chǎn)品制造商要求在400 MHz頻率進行EMI/RFI濾波,，未來可能還會要求在更低頻率下進行EMI/RFI濾波,。
集成EMI濾波與ESD保護
在便攜產(chǎn)品中，濾波器一般位于鄰近連接端口,、麥克風和揚聲器的位置,。而恰好這些位置也可能面臨靜電放電(ESD)事件。以音頻線路為例,，如果采用分立元件方案來分別進行EMI濾波和ESD保護,，就面臨著執(zhí)行這兩項功能所需要的元器件數(shù)量問題。其中,，就EMI濾波器而言,，如果使用1個分立的π型LC濾波器，就需要2個表面貼裝電容和1個表面貼裝電感,。為了提供ESD保護,，還需要額外增加某種類型的表面貼裝瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)二極管,。這樣，1條音頻線路的EMI濾波和ESD保護就需要4個獨立元件,，這里還未提及這些元件所需占用的便攜設(shè)彌足珍貴的空間問題,。如果不止1條音頻線路，那采用分立元件方案就更不切實際了,。
因此,，最簡單的方案就是在同一個元件中集成EMI濾波與ESD保護功能。首先,，集成方案中的集成型TVS二極管也提供EMI濾波所需的電容；其次,，改進工藝技術(shù)也可大幅提升集成型電感的質(zhì)量,。通過將這些集成型元器件集成到硅片上，原來需要多個獨立元件的方案,，就可以采用集成型EMI濾波+ESD保護方案(參見圖2),。
圖2：集成型EMI濾波+ESD保護方案：a) π型RC；b) π型LC,；c) LC梯形
其中,，在ESD保護等級方面，IEC61000-4-2標準詳細規(guī)定了系統(tǒng)級測試條件及保護等級,，這等級分為4種,，便攜應(yīng)用通常需要的是第4級保護，即在8 kV接觸放電或15 kV空氣放電IEC61000-4-2測試條件下,，便攜設(shè)備需要能夠承受住ESD事件沖擊,。
總的來說，通過高性價比地集成EMI濾波與ESD保護,，便攜應(yīng)用設(shè)計人員可以降低成本,，減少物料單(BOM)元件數(shù)量，并減小電路板占用空間,。