MIPI和HDMI接口EMI濾波器 - 高速差分數據傳輸EMI低通濾波器

內置ESD保護功能的濾波器

濾除EMI/RFI噪聲很重要，防止ESD損壞甚至損毀內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，當用戶插入或拔除插頭時，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生的熔點)。

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

像意法半導體的ECMF一樣，集成低電容ESD保護電路的共模濾波器能夠為高速數據接口提供完美且安全的ESD防護功能，使最終產品設計達到要求最嚴格的IEC61000-4-2半導體元器件15kV空氣放電和8kV接觸放電標準。

濾除和保護功能比較

談到ESD保護問題，有一個重要因素需要注意，當施加靜電放電脈沖時，直接連在保護電路后面的被保護芯片不能接受過高的電壓，這個參數被稱為鉗位電壓。

為了評估不同的共模濾波器拓撲，測量ESD保護性能，我們圍繞鉗位電壓值，進行了幾次ESD測試。下面的圖示描述了測試過程。我們使用一支靜電槍對被測器件進行8kV接觸放電測試，同時在CMF濾波器后面連接示波儀捕捉電壓波形變化。

這種實驗方法可精確地模擬在一次ESD靜電放電事件后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，輸出電壓測量值為50V，這是目前最低的鉗位電壓，因此是ECMF當前市場上最安全的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，設計人員必須參考幾個重要參數，其中帶寬是一個至關重要的參數。這個數值是對諧波頻率的估算結果，對應濾波器準許通過的最大信號頻率。傳送1 GHz信號的三次諧波至少需要3-4 GHz的帶寬，這是避免數據完整性被破壞的一個要素。

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

?	濾波器帶寬
解決方案1 有/無保護器件的LTTC濾波器	4Ghz
解決方案?2 內置變阻器的LTTC濾波器	3Ghz
解決方案?3 內置TVS的硅濾波器	3Ghz
解決方案?4 意法半導體的內置TVS的硅濾波器	7Ghz

?解決方案1和2表明，在一個LTTC結構內增加變阻器，將會提高濾波器固有電容，導致帶寬降低。雖然硅技術可以提升性能，但是，通過比較解決方案3和4，我們發現意法半導體的單片解決的性能優于雙片解決方案（解決方案3）。

系統級優化

除比較濾波性能外，我們還需比較ESD保護性能。通過測量不同解決方案的鉗位電壓值，設計人員可評估并找出最適合保護整個系統的達到IEC安全要求的技術和拓撲。

為了更好地評估比較內置變阻器的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ESD測試。

紅色測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，幾乎是內置TVS保護二極管的硅濾波器解決方案的5倍。

藍色測量結果代表內置變阻器的LTTC共模濾波器。因為集成在濾波器內部，寄生電容值被降低，該濾波器的鉗位電壓較紅色測量數值明顯改進。但是，鉗位電壓上還是上升到150V，依然是意法半導體的內置TVS保護二極管的單片共模濾波器的3倍。

便攜應用設計人員最關心的問題是減少元器件的數量，優化印刷電路板的空間和系統成本。在這個方面，集成技術給設計人員帶來多個好處，促使設計人員在設計中選擇共模濾波器，從而推動新的共模濾波器發展。正前文所述，因為集成技術抑制寄生電感，使數據帶寬和衰減度都得到提升，所以，通過在一顆芯片上集成多個功能，共模濾波器的ESD和濾波性能均大幅提升。事實上，保護二極管被集成到濾波器結構內，有助于簡化系統設計，減少印刷電路板上的連接線；因此，沒有寄生電感影響濾波抑制效果和保護性能。

從優化電路板空間角度考慮，集成技術是必選技術。內置保護器件的共模濾波器大幅縮減印刷電路板空間，同時減少元器件的數量。下圖是一個外接兩個保護芯片（采用0402封裝的TVS二極管）的雙線LTTC共模濾波器與實現同一功能的意法半導體單片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保護濾波二合一芯片CMF占板僅為2.8mm2，節省印刷電路板空間40%。考慮到元器件的間隙，意法半導體解決的優勢就更加明顯，節省空間超過50%。

此外，這個采用意法半導體的CMF濾波器的設計范例還能使元器件數量節省70%。

結論

這個內置保護芯片的新一代共模濾波器為設計人員帶來多重好處。除特別適合在高速差分信號應用中濾除擾動和抑制噪聲外，新產品還特別適合加強EMC抗干擾性能，大幅度縮減印刷電路板上的元器件數量，最終縮減印刷電路板的面積。

意法半導體的內置ESD保護芯片的新一代CMF濾波器共有兩款產品：雙線 ECMF02-2AMX6 和四線ECMF04-4AMX12，這兩款產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。針對希望設計外觀尺寸更小的便攜產品設計人員，意法半導體還推出了WCSP封裝的CMF濾波器。

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