液晶顯示屏中EMC和ESD防護技術(shù)
LCD( Liquid Crystal Display),對于許多的用戶而言可能是一個并不算新鮮的名詞了,不過這種技術(shù)存在的歷史可能遠遠超過了我們的想像 -早在19世紀末,奧地利植物學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了液晶,即液態(tài)的晶體,也就是說一種物質(zhì)同時具備了液體的流動性和類似晶體的某種排列特性。在電場的作用下,液晶分子的排列會產(chǎn)生變化。從而影響到它的光學(xué)性質(zhì),這種現(xiàn)象叫做電光效應(yīng)。利用液晶的電光效應(yīng),英國科學(xué)家在上世紀制造了第一塊液晶顯示器即LCD。今天的液晶顯示器中廣泛采用的是定線狀液晶,如果我們微觀去看它,會發(fā)現(xiàn)它特象棉花棒。與傳統(tǒng)的CRT相比,LCD不但體積小,厚度?。壳?4.1英寸的整機厚度可做到只有5厘米),重量輕、耗能少(1到10 微瓦/平方厘米)、工作電壓低(1.5到6V)且無輻射,無閃爍并能直接與CMOS集成電路匹配。由于優(yōu)點眾多,LCD從1998年開始進入臺式機應(yīng)用領(lǐng)域……
目前對于許多流行的手機(尤其是翻蓋型手機)而言,手機的彩色LCD、OLED顯示屏或相機模塊CMOS傳感器等部件,都是通過柔性電路或長走線PCB與基帶控制器相連的,這些連接線會受到由天線輻射出的寄生GSM/CDMA頻率的干擾。同時,由于高分辨率CMOS傳感器和TFT模塊的引入,數(shù)字信號要在更高的頻率上工作,這些連接線會像天線一樣產(chǎn)生EMI干擾或可能造成ESD危險事件。
上述這種EMI及ESD干擾均會破壞視頻信號的完整性,甚至損壞基帶控制器電路。受緊湊設(shè)計趨勢的推動,考慮到電路板空間、手機工作頻率上的高濾波性能以及保存信號完整性等設(shè)計約束,分立濾波器不能為解決方案提供任何空間節(jié)省,而且只能提供針對窄帶衰減的有限濾波性能,因此目前大多數(shù)設(shè)計者都使用集成的EMI濾波器。
隨著手機及相機等便攜式設(shè)備中LCD顯示屏分辨率的提高,視頻信號的傳輸速率也越來越高,傳統(tǒng)的濾波器方案已慢慢達到它們的技術(shù)極限。在配有高分辨率顯示屏及嵌入式相機的手機中,信號是通過特定頻率(取決于分辨率)從基帶ASIC被傳送至 LCD及內(nèi)嵌的相機上。視頻分辨率越高,數(shù)據(jù)工作的頻率亦越高。比如,對于30至60萬像素的相機模塊來說,時鐘頻率大約介于6至12MHz之間。因此建議將濾波器(上下)截止頻率選擇在30至50MHz范圍內(nèi)。隨著分辨率的提高到數(shù)百萬像素,時鐘頻率已超過60MHz,這要求濾波器的截止頻率高達 300MHz。
圖1:新型濾波器單元結(jié)構(gòu)(串聯(lián)電阻為100歐姆,線電容為20pF)
圖2:新型RC濾波器S21參數(shù)曲線。
圖3:LC濾波器單元結(jié)構(gòu)。
LC濾波器也稱為無源濾波器,是傳統(tǒng)的諧波補償裝置。LC濾波器之所以稱為無源濾波器,顧名思義,就是該裝置不需要額外提供電源。LC濾波器一般是由濾波電容器、電抗器和電阻器適當組合而成,與諧波源并聯(lián),除起濾波作用外,還兼顧無功補償?shù)男枰?/P>
LCD( Liquid Crystal Display),對于許多的用戶而言可能是一個并不算新鮮的名詞了,不過這種技術(shù)存在的歷史可能遠遠超過了我們的想像 -早在19世紀末,奧地利植物學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了液晶,即液態(tài)的晶體,也就是說一種物質(zhì)同時具備了液體的流動性和類似晶體的某種排列特性。在電場的作用下,液晶分子的排列會產(chǎn)生變化。從而影響到它的光學(xué)性質(zhì),這種現(xiàn)象叫做電光效應(yīng)。利用液晶的電光效應(yīng),英國科學(xué)家在上世紀制造了第一塊液晶顯示器即LCD。今天的液晶顯示器中廣泛采用的是定線狀液晶,如果我們微觀去看它,會發(fā)現(xiàn)它特象棉花棒。與傳統(tǒng)的CRT相比,LCD不但體積小,厚度?。壳?4.1英寸的整機厚度可做到只有5厘米),重量輕、耗能少(1到10 微瓦/平方厘米)、工作電壓低(1.5到6V)且無輻射,無閃爍并能直接與CMOS集成電路匹配。由于優(yōu)點眾多,LCD從1998年開始進入臺式機應(yīng)用領(lǐng)域……
目前對于許多流行的手機(尤其是翻蓋型手機)而言,手機的彩色LCD、OLED顯示屏或相機模塊CMOS傳感器等部件,都是通過柔性電路或長走線PCB與基帶控制器相連的,這些連接線會受到由天線輻射出的寄生GSM/CDMA頻率的干擾。同時,由于高分辨率CMOS傳感器和TFT模塊的引入,數(shù)字信號要在更高的頻率上工作,這些連接線會像天線一樣產(chǎn)生EMI干擾或可能造成ESD危險事件。
上述這種EMI及ESD干擾均會破壞視頻信號的完整性,甚至損壞基帶控制器電路。受緊湊設(shè)計趨勢的推動,考慮到電路板空間、手機工作頻率上的高濾波性能以及保存信號完整性等設(shè)計約束,分立濾波器不能為解決方案提供任何空間節(jié)省,而且只能提供針對窄帶衰減的有限濾波性能,因此目前大多數(shù)設(shè)計者都使用集成的EMI濾波器。
隨著手機及相機等便攜式設(shè)備中LCD顯示屏分辨率的提高,視頻信號的傳輸速率也越來越高,傳統(tǒng)的濾波器方案已慢慢達到它們的技術(shù)極限。在配有高分辨率顯示屏及嵌入式相機的手機中,信號是通過特定頻率(取決于分辨率)從基帶ASIC被傳送至 LCD及內(nèi)嵌的相機上。視頻分辨率越高,數(shù)據(jù)工作的頻率亦越高。比如,對于30至60萬像素的相機模塊來說,時鐘頻率大約介于6至12MHz之間。因此建議將濾波器(上下)截止頻率選擇在30至50MHz范圍內(nèi)。隨著分辨率的提高到數(shù)百萬像素,時鐘頻率已超過60MHz,這要求濾波器的截止頻率高達 300MHz。
圖1:新型濾波器單元結(jié)構(gòu)(串聯(lián)電阻為100歐姆,線電容為20pF)
圖2:新型RC濾波器S21參數(shù)曲線。
圖3:LC濾波器單元結(jié)構(gòu)。
LC濾波器也稱為無源濾波器,是傳統(tǒng)的諧波補償裝置。LC濾波器之所以稱為無源濾波器,顧名思義,就是該裝置不需要額外提供電源。LC濾波器一般是由濾波電容器、電抗器和電阻器適當組合而成,與諧波源并聯(lián),除起濾波作用外,還兼顧無功補償?shù)男枰?/P>
面對手機行業(yè)的這些發(fā)展趨勢,傳統(tǒng)的RC濾波器解決方案正在達到其極限。同時它能提供出色的濾波性能,在800MHz至2.5GHz的頻率范圍內(nèi)衰減特性優(yōu)于-25dB。圖4顯示了采用此濾波器基本單元架構(gòu)的S21參數(shù)指標。除濾波功能外,集成輸入TVS管還能抑制高達15kV的空氣放電ESD沖擊,達到了 IEC61000-4-2第4級工業(yè)標準所要求的性能水平。
圖4:LC濾波器的S21參數(shù)曲線。
英聯(lián)電子的低電容EMI濾波器UM4411、UM6411、UM8411支持4、6及8線配置,EMI濾波器通常由串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器組成的低通濾波電路,其作用是允許設(shè)備正常工作時的頻率信號進入設(shè)備,而對高頻的干擾信號有較大的阻礙作用。每一種配置均包含側(cè)接有TVS管的PI型RC濾波網(wǎng)絡(luò)。器件采用了0.4mm管腳間距的QFN封裝,可以為超薄手機的設(shè)計師們提供更為寬裕的設(shè)計空間。尤其在PCB的布板上,目前一些顯示屏 I/O連接座的管腳間距都是0.4mm,使用0.4mm管腳間距DFN封裝的EMI濾波器將有助于系統(tǒng)工程師布板。在器件的選擇上,應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)通道的數(shù)量進行合理選擇,圖5中顯示了使用一個8通道的濾波器和兩個4通道濾波器在布板上的一些優(yōu)勢;同時選用一個8通道濾波器也比兩個4通道濾波器的成本要低。
圖5 EMI濾波器管腳間距對布板的影響。
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