村田產(chǎn)品工程師針對(duì)手機(jī)的先進(jìn)ESD與EMC的保護(hù)解決方案

這次我們介紹的題目是“面向手機(jī)的先進(jìn)EMC和ESD保護(hù)解決方案，隨著手機(jī)的發(fā)展，越來越多的新技術(shù)和解決方案應(yīng)運(yùn)而生，在新技術(shù)出來的同時(shí)，也會(huì)伴隨著EMC的問題，這塊我們今天主要是針對(duì)一些新的端口，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中的問題和后續(xù)中的解決方案。

這塊我們也提出我們的解決方案，主要是針對(duì)FPC，很多設(shè)計(jì)工程師碰到的Speaker line的噪音，第二部分是我們推出來的關(guān)于IC噪音的選擇，三端子電容。關(guān)于產(chǎn)品來講，我們首先從結(jié)構(gòu)入手，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)會(huì)帶來很多良好的性能，從結(jié)構(gòu)入手簡(jiǎn)單做一個(gè)介紹，這個(gè)產(chǎn)品雖然有良好的性能，在設(shè)計(jì)過程中也需要注意一些問題，第二部分的第二點(diǎn)我們針對(duì)layout的這塊做一個(gè)建議。村田主要關(guān)注的是手機(jī)USB上的方案，最后一部分是關(guān)于EMC測(cè)試方面的支持，這里簡(jiǎn)單介紹一下深圳的實(shí)驗(yàn)室，還有上?？偛吭瓘S的測(cè)試。

首先我們進(jìn)一第一部分，手機(jī)端口的解決方案，首先是MIPI，相信大家對(duì)MIPI不是很陌生，它是從2003年的時(shí)候就和諾基亞組成一個(gè)聯(lián)盟，當(dāng)初設(shè)計(jì)這個(gè)端口的目的是使這個(gè)端口更簡(jiǎn)化，目前來講比較成熟的兩個(gè)端口，一個(gè)是顯示接后，另外一個(gè)就是攝象頭的接口。村田從MIPI聯(lián)盟成立之初就持續(xù)關(guān)注會(huì)碰到的噪音問題，我們簡(jiǎn)單地總結(jié)了一下，針對(duì)高速差分線號(hào)線共模扼流圈選型要點(diǎn)，通常是100歐姆的阻抗匹配，如果做得不好會(huì)造成信號(hào)反射和衰減。第二點(diǎn)是截止頻率，這里簡(jiǎn)單地做一下介紹關(guān)于截止頻率的定義，是指我們對(duì)這個(gè)差分信號(hào)的影響，達(dá)到3DB的時(shí)候?qū)?yīng)的頻率，這個(gè)截止頻率要求越高越好，根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)簡(jiǎn)單做一個(gè)總結(jié)，至少我們要保證信號(hào)，這只是一個(gè)建議，根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。第三點(diǎn)是關(guān)于共模差損這塊，顧名思義，針對(duì)共模噪音這塊我們要求共模阻抗越大越好，但是像MIPI在選擇的時(shí)候，還要注意我們剛才講的第二點(diǎn)，就是截止頻率，因?yàn)楣材５木€圈在全球的廠家來講都有一個(gè)特性，隨著共模阻性的升高差模阻抗也升高，對(duì)差分信號(hào)是有影響的，就是剛才講到的截止頻率，對(duì)于MIPI來講阻抗不是越大越好，而是要選擇合適的。針對(duì)以上三點(diǎn)，我們村田研發(fā)出了03025這款很小的封裝，是0.85×0.65，是標(biāo)型化比較通用的尺寸。從它的共模衰減特性以及差模特性來看是完全可以滿足MIPI需要的。當(dāng)然也有很多手機(jī)廠商對(duì)空間有很高的要求，這塊村田在小型化方面是做得比較優(yōu)秀的，我們還有一個(gè)更好的，是0202封裝的，這款在全球只有兩家能夠做到。

它的尺寸是0.65×0.5×0.3的。接下來是MHL，MHL有它的優(yōu)勢(shì)性，它和USB口是兼容的，只不過數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候是共用一對(duì)的，它的傳輸速度是比較高的，可以支持1080P的數(shù)字視頻，傳輸速率比較大就碰到比較難解決的噪音，針對(duì)這個(gè)特點(diǎn)，結(jié)合剛才講到的，我們推出了我們的解決方案，是這四種方案，同樣都是模型的，03025的封裝，還有0504的封裝，從這幾款產(chǎn)品上可以看到，截止頻率都是相對(duì)比較高的，最高是8G，對(duì)于共模差損這塊，最高到3.5G之間，最終做到3.5G，完全可以滿足MHL上的應(yīng)用。這款產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn)了，不是在研發(fā)中的。

以上是針對(duì)兩個(gè)新的端口上的應(yīng)用，接下來是對(duì)LTE這塊，它在2004年就已經(jīng)開始討論研究這個(gè)方案，在國(guó)外走得比較靠前，日本還有北美以及北歐的這些運(yùn)營(yíng)商都已經(jīng)采用LTE的技術(shù)，中國(guó)是中國(guó)移動(dòng)在個(gè)別城市開始試點(diǎn)。LTE使用的范圍比較寬，這就需要在噪音上有比較寬的范圍，首先從700兆上開始分析和解決。一般情況下，我們做EMC的工程師大家都知道，F(xiàn)PC一般來講是噪音通過的路徑，有的時(shí)候是天線。針對(duì)這塊LCD的數(shù)據(jù)線還有電源線，我們需要采取不同的解決方案，這里針對(duì)700兆上的噪音，村田提供的是NFA系列，它的特點(diǎn)是截止頻率大概是800到900兆附近，在700兆附近的差損可以達(dá)到，對(duì)于電源線這塊，我們推的是0402粉狀的瓷珠，需要在高頻段上有一個(gè)大的阻抗，同時(shí)還要有一個(gè)很高的額定電流。我們這款就完全可以滿足這個(gè)要求。它在100兆上是120歐姆的阻抗，1G上大概接近200歐姆，額定電流可以到1.5安培。大家在手機(jī)上的電源線上如果有這個(gè)問題的話，可以試一下這個(gè)。
針對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)線整改之后效果的驗(yàn)證，左邊這幅圖是我們做的進(jìn)場(chǎng)設(shè)置，針對(duì)FPC上的，前面這部分是我們沒有做整改之前，大家從這個(gè)圖上可以看到它的噪音能量比較高，加了一定的元器件整改措施之后，這個(gè)顏色就是很淺，這就證明噪音得到了一定的抑制，這是進(jìn)場(chǎng)測(cè)試的效果。右邊這個(gè)是我們?cè)谠瓘S做的測(cè)試，就是通過天線這塊來測(cè)它的噪音，大家可以看到在700多兆上的噪音，通過整改之后和原來對(duì)比，無論是主天線還是副天線噪音都有很大的下降。再一個(gè)就是天線的集中靈敏度上，進(jìn)行了整改之后，主天線和副天線分別有改善，效果是不錯(cuò)的。剛才說的是700兆上的。接下來講GHZ上的，一般都是噪音能量比較高的，有的時(shí)候也比較難處理，一般情況下我們選擇瓷珠，但是在選型的時(shí)候有很多地方要注意。針對(duì)GHZ在選瓷珠的時(shí)候，集中在噪音段有很高的阻抗值，這塊村田提供的方案是0402，這個(gè)GHZ上的阻抗都是在1000歐姆以上。如果對(duì)尺寸不滿意，我們還有0201的HD系列。

接下來是揚(yáng)聲器，相信在座的很多EMC設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)揚(yáng)聲器和天線的時(shí)候盡量讓天線和Speaker line隔開，但是有時(shí)候因?yàn)槠渌脑驔]法做到，這樣就會(huì)有所干擾，就會(huì)產(chǎn)生TDMA噪聲，很多工程師都會(huì)選擇阻抗值較大的瓷珠加在Speaker line上，瓷珠在大電流的情況下比較容易飽和，飽和之后凈噪的效果會(huì)有突變，針對(duì)這個(gè)問題村田提供的解決方案是新設(shè)計(jì)出來的這個(gè)產(chǎn)品可以解決。在GHZ上的阻抗值也是比較大，針對(duì)這個(gè)我們有兩個(gè)封裝。以上是關(guān)于手機(jī)中的端口輻射以及噪聲的問題解決方案。

接下來是關(guān)于IC上的噪音解決方案，可以提供給大家做參考，是一個(gè)三端子電容的方案。電容在做濾波的時(shí)候ESL的值會(huì)有很大影響，我們以這個(gè)點(diǎn)做一個(gè)突破口，給大家做一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)比。這是一種普通的電容，這是我們村田改進(jìn)型的，兩極的距離縮短了，寬度加大了，ESL得到了提升。最后一種就是我們今天要提到的三端電容，大家對(duì)比一下，噪音從上端到下端解決了ESL的值，通過這個(gè)圖不難看出三端電容的路徑比兩端電容的路徑短很多，在ESL上有很好的提升。由于結(jié)構(gòu)上的改善帶來的提升，就體現(xiàn)在這方面，我們可以明顯的看到。在相同的容值的情況下，三端的電容要比兩端電容的差損提高將近20DB。由于這樣優(yōu)越的性能我們可以進(jìn)行一系列的整改和提高。這副圖是關(guān)于三端子電容替換兩端的案例。為什么會(huì)提出這樣的議題呢？大家都知道現(xiàn)在手機(jī)越做越小，相對(duì)來說我們要節(jié)省板的空間，這是市場(chǎng)的需要。這里有一個(gè)成本的問題，兩端子電容在貼裝的時(shí)候成本幾乎不相上下，如果在IC附近用兩端電容越多的話，相應(yīng)的成本就越大，我做替換的可能性有意義性就越大。根據(jù)這兩點(diǎn)來講的話，我們就推三端子電容，對(duì)客戶有益，對(duì)我們也有益。關(guān)于容值上有一個(gè)差異，這里我需要做一個(gè)簡(jiǎn)單的解釋和說明，容值越大只會(huì)使曲線向左偏移，其實(shí)針對(duì)右邊的部分曲線，它其實(shí)是一樣的，就兩端子電容都是這樣的曲線。它在這方面和三端子電容之間還是有差異的，不是說容值越大效果越好。

剛才提到的是替換，再一個(gè)就是我們?cè)谠O(shè)計(jì)之初，我們就要考慮怎么樣使用，大家都知道EMC的問題就是設(shè)計(jì)之初期如果能解決的話，后期的成本都很低。設(shè)計(jì)之初我們有一個(gè)建議，主要兩個(gè)利用，一個(gè)是一值電壓多用，大家看到的也是黑白的，這塊是彩色的，中間粉紅色的這塊是電源層，如果我們用在電壓波動(dòng)的這塊是不能把電源層這塊切斷的，是不能做這個(gè)處理的。當(dāng)我們這個(gè)信號(hào)走這個(gè)端的時(shí)候，是一個(gè)并聯(lián)的模式，并聯(lián)之后會(huì)更小，就比較有利于抑制電壓波動(dòng)，這是它的一個(gè)目的，我們推薦用這種。如果您是用作噪音抑制這塊，我們建議您使用右邊這個(gè)，是將電源層中間這段隔開的，這么做的目的是為了使噪聲都盡可能通過三端子電容走到D，使得噪聲回路越短越好。