村田產(chǎn)品工程師針對手機的先進(jìn)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(jìn)EMC和ESD保護解決方案，隨著(zhù)手機的發(fā)展，越來(lái)越多的新技術(shù)和解決方案應運而生，在新技術(shù)出來(lái)的同時(shí)，也會(huì )伴隨著(zhù)EMC的問(wèn)題，這塊我們今天主要是針對一些新的端口，我們在設計過(guò)程中的問(wèn)題和后續中的解決方案。

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(lái)的關(guān)于IC噪音的選擇，三端子電容。關(guān)于產(chǎn)品來(lái)講，我們首先從結構入手，因為結構會(huì )帶來(lái)很多良好的性能，從結構入手簡(jiǎn)單做一個(gè)介紹，這個(gè)產(chǎn)品雖然有良好的性能，在設計過(guò)程中也需要注意一些問(wèn)題，第二部分的第二點(diǎn)我們針對layout的這塊做一個(gè)建議。村田主要關(guān)注的是手機USB上的方案，最后一部分是關(guān)于EMC測試方面的支持，這里簡(jiǎn)單介紹一下深圳的實(shí)驗室，還有上?？偛吭瓘S(chǎng)的測試。

首先我們進(jìn)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(shí)候就和諾基亞組成一個(gè)聯(lián)盟，當初設計這個(gè)端口的目的是使這個(gè)端口更簡(jiǎn)化，目前來(lái)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)盟成立之初就持續關(guān)注會(huì )碰到的噪音問(wèn)題，我們簡(jiǎn)單地總結了一下，針對高速差分線(xiàn)號線(xiàn)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，是指我們對這個(gè)差分信號的影響，達到3DB的時(shí)候對應的頻率，這個(gè)截止頻率要求越高越好，根據我們的經(jīng)驗簡(jiǎn)單做一個(gè)總結，至少我們要保證信號，這只是一個(gè)建議，根據我們的經(jīng)驗總結。第三點(diǎn)是關(guān)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(shí)候，還要注意我們剛才講的第二點(diǎn)，就是截止頻率，因為共模的線(xiàn)圈在全球的廠(chǎng)家來(lái)講都有一個(gè)特性，隨著(zhù)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(lái)講阻抗不是越大越好，而是要選擇合適的。針對以上三點(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(lái)看是完全可以滿(mǎn)足MIPI需要的。當然也有很多手機廠(chǎng)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(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(lái)是MHL，MHL有它的優(yōu)勢性，它和USB口是兼容的，只不過(guò)數據傳輸的時(shí)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(gè)特點(diǎn)，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(mǎn)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(gè)新的端口上的應用，接下來(lái)是對LTE這塊，它在2004年就已經(jīng)開(kāi)始討論研究這個(gè)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(yíng)商都已經(jīng)采用LTE的技術(shù)，中國是中國移動(dòng)在個(gè)別城市開(kāi)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(kāi)始分析和解決。一般情況下，我們做EMC的工程師大家都知道，FPC一般來(lái)講是噪音通過(guò)的路徑，有的時(shí)候是天線(xiàn)。針對這塊LCD的數據線(xiàn)還有電源線(xiàn)，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(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到，對于電源線(xiàn)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(mǎn)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。大家在手機上的電源線(xiàn)上如果有這個(gè)問(wèn)題的話(huà)，可以試一下這個(gè)。
針對這兩個(gè)數據線(xiàn)整改之后效果的驗證，左邊這幅圖是我們做的進(jìn)場(chǎng)設置，針對FPC上的，前面這部分是我們沒(méi)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)測試的效果。右邊這個(gè)是我們在原廠(chǎng)做的測試，就是通過(guò)天線(xiàn)這塊來(lái)測它的噪音，大家可以看到在700多兆上的噪音，通過(guò)整改之后和原來(lái)對比，無(wú)論是主天線(xiàn)還是副天線(xiàn)噪音都有很大的下降。再一個(gè)就是天線(xiàn)的集中靈敏度上，進(jìn)行了整改之后，主天線(xiàn)和副天線(xiàn)分別有改善，效果是不錯的。剛才說(shuō)的是700兆上的。接下來(lái)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。如果對尺寸不滿(mǎn)意，我們還有0201的HD系列。

接下來(lái)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(xiàn)的時(shí)候盡量讓天線(xiàn)和Speaker line隔開(kāi)，但是有時(shí)候因為其他的原因沒(méi)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，針對這個(gè)問(wèn)題村田提供的解決方案是新設計出來(lái)的這個(gè)產(chǎn)品可以解決。在GHZ上的阻抗值也是比較大，針對這個(gè)我們有兩個(gè)封裝。以上是關(guān)于手機中的端口輻射以及噪聲的問(wèn)題解決方案。

接下來(lái)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，大家對比一下，噪音從上端到下端解決了ESL的值，通過(guò)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。由于結構上的改善帶來(lái)的提升，就體現在這方面，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？大家都知道現在手機越做越小，相對來(lái)說(shuō)我們要節省板的空間，這是市場(chǎng)的需要。這里有一個(gè)成本的問(wèn)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(huà)，相應的成本就越大，我做替換的可能性有意義性就越大。根據這兩點(diǎn)來(lái)講的話(huà)，我們就推三端子電容，對客戶(hù)有益，對我們也有益。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(shuō)明，容值越大只會(huì )使曲線(xiàn)向左偏移，其實(shí)針對右邊的部分曲線(xiàn)，它其實(shí)是一樣的，就兩端子電容都是這樣的曲線(xiàn)。它在這方面和三端子電容之間還是有差異的，不是說(shuō)容值越大效果越好。

剛才提到的是替換，再一個(gè)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(wèn)題就是設計之初期如果能解決的話(huà)，后期的成本都很低。設計之初我們有一個(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。當我們這個(gè)信號走這個(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(kāi)的，這么做的目的是為了使噪聲都盡可能通過(guò)三端子電容走到D，使得噪聲回路越短越好。