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晶焱科技發表三種應用於液晶顯示器的電磁干擾濾波器2012/04/26

晶焱科技 設計研發部 彭政傑經理

只要有電子訊號的存在,其附近使用中的電子產品就有可能存在著電磁干擾 (electromagnetic interference, EMI) 的問題。電磁干擾是一個常見於日常生活中的問題,例如:電視雜訊、收音機雜音、以及飛機起降時容易受到電子產品所發出電磁波訊號影響、而導致電子儀表不正常的情形……等。隨著科技的日益進步,電子產品的普及化及多樣化也愈來愈廣,日常生活周遭所存在的電磁雜訊隨之愈來愈多,電磁干擾的問題也愈來愈複雜。因之,各別電子產品在電路板及系統設計時,就應考量電磁干擾的問題,以免產品在售後無法正常使用、或嚴重地影響其它電子產品的操作,而遭到顧客訴願退貨。

隨著電子產品積集度 (integration) 愈來愈高、所包含的功能愈來愈多、且售價愈來愈低,電子產品所遇到電磁干擾的問題自然也就愈加嚴重。電子產品為了能做到重量輕、體積超薄、小巧的目標,以迎合消費者易於攜帶的需求,於是在電路板 (printed circuit board, PCB) 的設計上,便以高積集度為設計導向:採用相同功能、但體積或面積更小的元件,拿掉原本用作電磁干擾防護的金屬遮罩 (shielding)、改用更細的地線 (ground bus) 或更小區塊的地面 (ground plane) 用作接地……等。這些措施不僅能達到使產品更形輕巧的目的,更能減省許多產品開發的費用、以及量產以後的成本,卻非常不利於電磁干擾問題的解決。
 
為了能有效解決電子產品電磁干擾的問題,並能兼顧靜電放電 (electrostatic discharge, ESD) 防護的功用,可以採用具有靜電放電防護功能的電磁干擾濾波器 (EMI+ESD filter)。圖一所示,即為常見的π型低通濾波器。在Input及Output端點之間的元件,可以是電阻 (resistor) 或是電感 (inductor) 元件。是要採用電阻還是電感,應視產品的實際應用所需而定。
 
由於電磁干擾濾波器多應用於電子產品的輸出入埠 (input/output port),π型 (π-model) 低通濾波器 (low pass filter, LPF) 架構中的Input端點及Output端點對GND的電容,一般會採用靜電放電防護元件,以兼做靜電放電防護之用。
 


圖一、常見的π型低通濾波器架構。

 
晶焱科技 (Amazing Microelectronic Corp.,) 在靜電放電防護技術上,早已累積了很豐富的經驗與技術。其所開發應用於液晶顯示器 (liquid crystal display, LCD) 的電磁干擾濾波器產品 (EMI filter products for LCD display panel applications) 基本架構如圖二所示。由圖二電路示意圖可知:π型低通濾波器的Input與Output之間是採用電阻 (RI/O) 元件橋接,Input端點及Output端點對GND的電容則是採用雙向導通 (bi-directional) 的暫態電壓抑制器 (transient voltage suppressor, TVS)。所以,該系列產品除了可以提供良好的低通濾波效果之外,還擁有很好的靜電放電防護效果。
 


圖二、晶焱科技所開發應用於液晶顯示器的電磁干擾濾波器產品—其中一個通道 (channel) 的電路示意圖。

 
表一所列,為晶焱科技已推出的應用於液晶顯示器的電磁干擾濾波器系列產品。其適用於5V以下的額定電壓電路系統,線電容 (line capacitor, Cline) 值約為27微微法拉 (pico farad, pF)。操作頻率在800百萬赫茲 (megahertz, MHz) 時,其功率損耗 (insertion loss) 可達 -23dB,可以顯著地降低電磁干擾訊號,以維持受保護電路的操作功能正常。晶焱科技同時推出三種不同通道數 (channel number) 的電磁干擾濾波器產品,以方便其客戶依照不同需求選用合適的產品。
 
 
表一、晶焱科技應用於液晶顯示器的電磁干擾濾波器
Part #
Vsupply (V)
Channel
Number
Cline
@ 0V (pF)
Ri/o (ohm)
Insertion Loss
@ 800MHz (dB)
AZM-LCD01-04B
3.3 / 5
4
27
85
-23
AZM-LCD02-08B
3.3 / 5
8
27
85
-23
AZM-LCD03-10B
3.3 / 5
10
28
65
-23
 
 
在靜電放電防護方面,該系列產品中的暫態電壓抑制器具有極低的箝位電壓 (clamping voltage, Vclamp)、抗靜電防護效果更可高達1萬7千伏特以上 (IEC 61000-4-2, contact mode ±17kV)
 
在靜電放電事件 (ESD event) 的高導通電流下,暫態電壓抑制器的箝位電壓愈低則愈能適時地被導通,以提供受保護電路免於遭受靜電放電的侵害而永久受損失效。圖三所示,即為利用傳輸線觸波產生系統 (transmission line pulsing system, TLP system) 所量得的箝位電壓比較圖表。由圖表中可以清楚看到,晶焱科技 (AMC) 所開發應用於液晶顯示器的電磁干擾濾波器,在17安培 (ampere, A) 的高靜電放電電流下,具有最低的箝位電壓,可以非常有效地提供受保護電路一個快速有效的靜電放電旁通路徑 (bypass path)。
 
另外,根據IEC 61000-4-2標準所制訂的規格,第四級防護需提供至少接觸放電模式 (contact discharge mode) 8千伏特 (kilo voltage, kV)、空氣放電模式 (air discharge mode) 15千伏以上的靜電放電防護能力。該系列產品提供接觸放電模式1萬7千伏特以上的靜電放電防護能力,明顯超出IEC 61000-4-2標準第四級所規定的需求數值許多。
 


圖三、傳輸線傳輸線觸波產生系統所量得的箝位電壓比較。

 
現今的可攜式電子產品 (mobile electronic products) 已普及到幾乎每個人都擁有一、兩種產品的程度。如:手機 (mobile phone)、數位相機 (digital camera) 等。其使用上很受消費者關注的一點,就是在操作模式 (operation mode) 下,電池可持續使用的時數。晶焱科技所推出應用於液晶顯示器的電磁干擾濾波器系列產品,在操作模式下的元件漏電流 (device leakage current) 極低,因此可以有效延長電池持續使用的時數,非常適合應用於可攜式電子產品的液晶顯示器系統設計。
 
在另一方面,晶焱科技的此一系列產品採用晶片級封裝 (chip scale package, CSP) 的形式。其晶片級封裝的錫球球距 (ball pitch) 為0.4毫米(milimeter, mm)。採用晶片級封裝的好處如下所列:

● 在進行系統設計時,可以有效減省電磁干擾濾波器元件所需佔用的電路板面積 (layout area),方便其它電路元件的擺置與設計。
沒有塑膠封裝形式 (molding compound package) 所存在的顯著寄生效應 (parasitic effects),因此,電子產品的主要電路功效 (circuit performance) 不會受到明顯的影響。
沒有塑膠封裝的塑膠外殼,更利於電磁干擾濾波器元件在操作狀態時的散熱。

 

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