村田產(chǎn)品工程師針對手機的先進ESD與EMC的保護解決方案

這次我們介紹的題目是“面向手機的先進EMC和ESD保護解決方案，隨著手機的發(fā)展，越來越多的新技術和解決方案應運而生，在新技術出來的同時，也會伴隨著EMC的問題，這塊我們今天主要是針對一些新的端口，我們在設計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FPC，很多設計工程師碰到的Speaker line的噪音，第二部分是我們推出來的關于IC噪音的選擇，三端子電容。關于產(chǎn)品來講，我們首先從結構入手，因為結構會帶來很多良好的性能，從結構入手簡單做一個介紹，這個產(chǎn)品雖然有良好的性能，在設計過程中也需要注意一些問題，第二部分的第二點我們針對layout的這塊做一個建議。村田主要關注的是手機USB上的方案，最后一部分是關于EMC測試方面的支持，這里簡單介紹一下深圳的實驗室，還有上?？偛吭瓘S的測試。

首先我們進一第一部分，手機端口的解決方案，首先是MIPI，相信大家對MIPI不是很陌生，它是從2003年的時候就和諾基亞組成一個聯(lián)盟，當初設計這個端口的目的是使這個端口更簡化，目前來講比較成熟的兩個端口，一個是顯示接后，另外一個就是攝象頭的接口。村田從MIPI聯(lián)盟成立之初就持續(xù)關注會碰到的噪音問題，我們簡單地總結了一下，針對高速差分線號線共模扼流圈選型要點，通常是100歐姆的阻抗匹配，如果做得不好會造成信號反射和衰減。第二點是截止頻率，這里簡單地做一下介紹關于截止頻率的定義，是指我們對這個差分信號的影響，達到3DB的時候對應的頻率，這個截止頻率要求越高越好，根據(jù)我們的經(jīng)驗簡單做一個總結，至少我們要保證信號，這只是一個建議，根據(jù)我們的經(jīng)驗總結。第三點是關于共模差損這塊，顧名思義，針對共模噪音這塊我們要求共模阻抗越大越好，但是像MIPI在選擇的時候，還要注意我們剛才講的第二點，就是截止頻率，因為共模的線圈在全球的廠家來講都有一個特性，隨著共模阻性的升高差模阻抗也升高，對差分信號是有影響的，就是剛才講到的截止頻率，對于MIPI來講阻抗不是越大越好，而是要選擇合適的。針對以上三點，我們村田研發(fā)出了03025這款很小的封裝，是0.85×0.65，是標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。當然也有很多手機廠商對空間有很高的要求，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)勢性，它和USB口是兼容的，只不過數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候是共用一對的，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，針對這個特點，結合剛才講到的，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，截止頻率都是相對比較高的，最高是8G，對于共模差損這塊，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。

以上是針對兩個新的端口上的應用，接下來是對LTE這塊，它在2004年就已經(jīng)開始討論研究這個方案，在國外走得比較靠前，日本還有北美以及北歐的這些運營商都已經(jīng)采用LTE的技術，中國是中國移動在個別城市開始試點。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，有的時候是天線。針對這塊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700兆上的噪音，村田提供的是NFA系列，它的特點是截止頻率大概是800到900兆附近，在700兆附近的差損可以達到，對于電源線這塊，我們推的是0402粉狀的瓷珠，需要在高頻段上有一個大的阻抗，同時還要有一個很高的額定電流。我們這款就完全可以滿足這個要求。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。大家在手機上的電源線上如果有這個問題的話，可以試一下這個。
針對這兩個數(shù)據(jù)線整改之后效果的驗證，左邊這幅圖是我們做的進場設置，針對FPC上的，前面這部分是我們沒有做整改之前，大家從這個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，這個顏色就是很淺，這就證明噪音得到了一定的抑制，這是進場測試的效果。右邊這個是我們在原廠做的測試，就是通過天線這塊來測它的噪音，大家可以看到在700多兆上的噪音，通過整改之后和原來對比，無論是主天線還是副天線噪音都有很大的下降。再一個就是天線的集中靈敏度上，進行了整改之后，主天線和副天線分別有改善，效果是不錯的。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，但是在選型的時候有很多地方要注意。針對GHZ在選瓷珠的時候，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GHZ上的阻抗都是在1000歐姆以上。如果對尺寸不滿意，我們還有0201的HD系列。

接下來是揚聲器，相信在座的很多EMC設計工程師在設計揚聲器和天線的時候盡量讓天線和Speaker line隔開，但是有時候因為其他的原因沒法做到，這樣就會有所干擾，就會產(chǎn)生TDMA噪聲，很多工程師都會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有突變，針對這個問題村田提供的解決方案是新設計出來的這個產(chǎn)品可以解決。在GHZ上的阻抗值也是比較大，針對這個我們有兩個封裝。以上是關于手機中的端口輻射以及噪聲的問題解決方案。

接下來是關于IC上的噪音解決方案，可以提供給大家做參考，是一個三端子電容的方案。電容在做濾波的時候ESL的值會有很大影響，我們以這個點做一個突破口，給大家做一個簡單的對比。這是一種普通的電容，這是我們村田改進型的，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，大家對比一下，噪音從上端到下端解決了ESL的值，通過這個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。由于結構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行一系列的整改和提高。這副圖是關于三端子電容替換兩端的案例。為什么會提出這樣的議題呢？大家都知道現(xiàn)在手機越做越小，相對來說我們要節(jié)省板的空間，這是市場的需要。這里有一個成本的問題，兩端子電容在貼裝的時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)這兩點來講的話，我們就推三端子電容，對客戶有益，對我們也有益。關于容值上有一個差異，這里我需要做一個簡單的解釋和說明，容值越大只會使曲線向左偏移，其實針對右邊的部分曲線，它其實是一樣的，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，再一個就是我們在設計之初，我們就要考慮怎么樣使用，大家都知道EMC的問題就是設計之初期如果能解決的話，后期的成本都很低。設計之初我們有一個建議，主要兩個利用，一個是一值電壓多用，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的這塊是不能把電源層這塊切斷的，是不能做這個處理的。當我們這個信號走這個端的時候，是一個并聯(lián)的模式，并聯(lián)之后會更小，就比較有利于抑制電壓波動，這是它的一個目的，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，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。