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(hù)而言可能是一個(gè)并不算新鮮的名詞了，不過(guò)這種技術(shù)存在的歷史可能遠遠超過(guò)了我們的想像 －早在19世紀末，奧地利植物學(xué)家就發(fā)現了液晶，即液態(tài)的晶體，也就是說(shuō)一種物質(zhì)同時(shí)具備了液體的流動(dòng)性和類(lèi)似晶體的某種排列特性。在電場(chǎng)的作用下，液晶分子的排列會(huì )產(chǎn)生變化。從而影響到它的光學(xué)性質(zhì)，這種現象叫做電光效應。利用液晶的電光效應，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(xiàn)狀液晶，如果我們微觀(guān)去看它，會(huì )發(fā)現它特象棉花棒。與傳統的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(wú)輻射，無(wú)閃爍并能直接與CMOS集成電路匹配。由于優(yōu)點(diǎn)眾多，LCD從1998年開(kāi)始進(jìn)入臺式機應用領(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(guò)柔性電路或長(cháng)走線(xiàn)PCB與基帶控制器相連的，這些連接線(xiàn)會(huì )受到由天線(xiàn)輻射出的寄生GSM/CDMA頻率的干擾。同時(shí)，由于高分辨率CMOS傳感器和TFT模塊的引入，數字信號要在更高的頻率上工作，這些連接線(xiàn)會(huì )像天線(xiàn)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(huì )破壞視頻信號的完整性，甚至損壞基帶控制器電路。受緊湊設計趨勢的推動(dòng)，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計約束，分立濾波器不能為解決方案提供任何空間節省，而且只能提供針對窄帶衰減的有限濾波性能，因此目前大多數設計者都使用集成的EMI濾波器。

　　隨著(zhù)手機及相機等便攜式設備中LCD顯示屏分辨率的提高，視頻信號的傳輸速率也越來(lái)越高，傳統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(guò)特定頻率（取決于分辨率）從基帶ASIC被傳送至 LCD及內嵌的相機上。視頻分辨率越高，數據工作的頻率亦越高。比如，對于30至60萬(wàn)像素的相機模塊來(lái)說(shuō)，時(shí)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。隨著(zhù)分辨率的提高到數百萬(wàn)像素，時(shí)鐘頻率已超過(guò)60MHz，這要求濾波器的截止頻率高達 300MHz。

　　圖1：新型濾波器單元結構（串聯(lián)電阻為100歐姆，線(xiàn)電容為20pF）

　　圖2：新型RC濾波器S21參數曲線(xiàn)。

　　圖3：LC濾波器單元結構。

　　LC濾波器也稱(chēng)為無(wú)源濾波器，是傳統的諧波補償裝置。LC濾波器之所以稱(chēng)為無(wú)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(wú)功補償的需要；

　　LCD（ Liquid Crystal Display），對于許多的用戶(hù)而言可能是一個(gè)并不算新鮮的名詞了，不過(guò)這種技術(shù)存在的歷史可能遠遠超過(guò)了我們的想像 －早在19世紀末，奧地利植物學(xué)家就發(fā)現了液晶，即液態(tài)的晶體，也就是說(shuō)一種物質(zhì)同時(shí)具備了液體的流動(dòng)性和類(lèi)似晶體的某種排列特性。在電場(chǎng)的作用下，液晶分子的排列會(huì )產(chǎn)生變化。從而影響到它的光學(xué)性質(zhì)，這種現象叫做電光效應。利用液晶的電光效應，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(xiàn)狀液晶，如果我們微觀(guān)去看它，會(huì )發(fā)現它特象棉花棒。與傳統的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(wú)輻射，無(wú)閃爍并能直接與CMOS集成電路匹配。由于優(yōu)點(diǎn)眾多，LCD從1998年開(kāi)始進(jìn)入臺式機應用領(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(guò)柔性電路或長(cháng)走線(xiàn)PCB與基帶控制器相連的，這些連接線(xiàn)會(huì )受到由天線(xiàn)輻射出的寄生GSM/CDMA頻率的干擾。同時(shí)，由于高分辨率CMOS傳感器和TFT模塊的引入，數字信號要在更高的頻率上工作，這些連接線(xiàn)會(huì )像天線(xiàn)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(huì )破壞視頻信號的完整性，甚至損壞基帶控制器電路。受緊湊設計趨勢的推動(dòng)，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計約束，分立濾波器不能為解決方案提供任何空間節省，而且只能提供針對窄帶衰減的有限濾波性能，因此目前大多數設計者都使用集成的EMI濾波器。

　　隨著(zhù)手機及相機等便攜式設備中LCD顯示屏分辨率的提高，視頻信號的傳輸速率也越來(lái)越高，傳統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(guò)特定頻率（取決于分辨率）從基帶ASIC被傳送至 LCD及內嵌的相機上。視頻分辨率越高，數據工作的頻率亦越高。比如，對于30至60萬(wàn)像素的相機模塊來(lái)說(shuō)，時(shí)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。隨著(zhù)分辨率的提高到數百萬(wàn)像素，時(shí)鐘頻率已超過(guò)60MHz，這要求濾波器的截止頻率高達 300MHz。

　　圖1：新型濾波器單元結構（串聯(lián)電阻為100歐姆，線(xiàn)電容為20pF）

　　圖2：新型RC濾波器S21參數曲線(xiàn)。

　　圖3：LC濾波器單元結構。

　　LC濾波器也稱(chēng)為無(wú)源濾波器，是傳統的諧波補償裝置。LC濾波器之所以稱(chēng)為無(wú)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(wú)功補償的需要；

　　面對手機行業(yè)的這些發(fā)展趨勢，傳統的RC濾波器解決方案正在達到其極限。同時(shí)它能提供出色的濾波性能，在800MHz至2.5GHz的頻率范圍內衰減特性?xún)?yōu)于-25dB。圖4顯示了采用此濾波器基本單元架構的S21參數指標。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S21參數曲線(xiàn)。

　　英聯(lián)電子的低電容EMI濾波器UM4411、UM6411、UM8411支持4、6及8線(xiàn)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，其作用是允許設備正常工作時(shí)的頻率信號進(jìn)入設備，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計師們提供更為寬裕的設計空間。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工程師布板。在器件的選擇上，應根據數據通道的數量進(jìn)行合理選擇，圖5中顯示了使用一個(gè)8通道的濾波器和兩個(gè)4通道濾波器在布板上的一些優(yōu)勢；同時(shí)選用一個(gè)8通道濾波器也比兩個(gè)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。