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可攜式產品SIM卡及MMC/SD卡的電磁干擾濾波解決方案2012/01/01

可攜式電子產品 (portable devices) 在各品牌間激烈競爭的推波助瀾下,在使用功能上的多元性急速地發展、且愈來愈趨於複雜。由於其體積小、產品工作頻率 (operation frequency) 愈來愈高、以及操作電壓 (power supply) 愈來愈小,各功能模組 (modules) 所產生的電磁訊號,在極小的產品體積內相互干擾的情形愈來愈嚴重。另一方面,各類電子產品 (包括商 用以及工業用) 的日趨普及,可攜式電子產品的使用者,其所在環境的周遭附近,處於操作使用中的電子產品數量密度愈來愈高,這些電子產品所累積產生的電磁輻射干擾也就愈來愈 嚴重,使得可攜式電子產品電磁干擾 (ElectroMagnetic Interference, EMI) 的問題日趨複雜嚴重。

晶焱科技 (Amazing Microelectronic Corp., AMC, URL: www.amazingic.com) 的技術團隊在靜電放電防護 (ElectroStatic Discharge protection, ESD protection) 技術上,累積了豐 富的技術與經驗。其所開發的電磁干擾濾波器 (EMI filter) 產品,主要就是針對可攜式電子產品在進行硬體設計開發時,用以解決電磁干擾問題而開發出來的。為了能同時有效地解決 可攜式電子產品電磁干擾的問題,並兼顧靜電放電防護的功用,晶焱科技陸續推出了數款具有靜電放電防護功能的電磁干擾濾波器 (EMI+ESD filter)。這些電磁干擾濾波器產品均屬於p 型 (pi-model) 的低通濾波器 (Low Pass Filter, LPF)。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, I/O port),因此濾波器架構中的輸出入埠端點對地 (GND or VSS) 的電容,一般會採用暫態電壓抑制器 (Transient Voltage Suppressor, TVS) 的靜電放電防護元件,以兼做高標準的靜電放電防護之用。因此,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。

近年來,最普遍流行的可攜式電子產品莫過於手機 (cell phone) 了。在每一支手機裡面,都一定至少有一張的SIM (Subscriber Identity Module) 卡,以供做用戶識別、以及儲存資料 之用。在新款的smartphone 中,無論哪種手機廠牌,大多有MMC (MultiMedia Card) / SD(Secure Digital memory card) 卡,以供照相 (photos)、電話簿 (phone book)、e-mail 或簡 訊 (texting) 等資料的儲存之用。

手機在正常使用的狀態下,SIM 卡或MMC/SD 卡的在資料傳輸的過程中,其傳輸訊號基本頻率 (簡稱基頻, fundamental frequency) 的倍頻諧波 (harmonics) 輻射 (radiation) 訊 號,出現在手機的通訊頻段內的時候,會造成手機射頻通訊訊號某種程度的干擾。

反之,手機射頻通訊訊號所產生的輻射,也會耦合 (couple) 到SIM 卡或MMC/SD 卡的資料傳輸訊號之中,造成訊號波形 (waveform) 的失真 (distortion)。嚴重的話,將致使資料 傳輸發生錯誤。

針對SIM 卡及MMC/SD 卡這二種應用,晶焱科技提供了相對應的電磁干擾濾波器AZM-SIM01-03F 以及AZM-MMC01-06F,以解決上述的電磁干擾問題。

表一所列,為晶焱科技AZM-SIM01-03F 及AZM-MMC01-06F 電磁干擾濾波器產品的基本特性參數數值。這二種電磁干擾濾波器均適用於5V 或5V 以下的額定電壓電路系統,線電容 (line capacitor, Cline) 值各為22 微微法拉、以及24.5 微微法拉 (pico farad, pF)。操作頻率在1G 赫茲 (gigahertz, GHz) 時,其插入損耗 (insertion loss) 各別可達-20dB、以及-21.5dB, 可以顯著地降低電磁干擾訊號強度至十分之一以下,以維持受保護電路的操作功能正常。

 

在靜電放電防護方面,此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)。AZM-MMC01-06F 抗靜電防護效果可高達10 千伏以上 (IEC 61000-4-2, contact mode ±10kV),AZM-SIM01-03F 抗靜電防護效果更可高達15 千伏以上 (IEC 61000-4-2, contact mode ±15kV)。

當靜電放電事件 (ESD event) 發生時,暫態電壓抑制器的箝位電壓愈低,則愈能適時地導通可觀的靜電放電電流,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 一所示,即為利用傳輸線觸波產生系統 (Transmission Line Pulsing system, TLP system) 所量得AZM-SIM01-03F 及AZM-MMC01-06F 產品的箝位電壓圖表。由圖表中可以清楚看到,此 二種電磁干擾濾波器,在傳輸線觸波產生系統輸出17 安培 (ampere, A) 的高靜電放電電流下,其箝位電壓均低於8.5V,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 (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10 千伏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。

由於行動手持式裝置需要依靠電池來供應所需電力,所以在元件正常使用時的漏電流(device leakage current) 若愈大,則電池的耗電量就愈大、可供電的時間就會縮短。圖二所 示,為晶焱科技所推出的AZM-SIM01-03F 及AZM-MMC01-06F 電磁干擾濾波器新產品的電流-電壓特性曲線 (I-V curve)。由圖中所示曲線可知,晶焱科技的電磁干擾濾波器新產品,其在 適用的系統操作電壓 (system supply voltage, 在此為5V 或5V 以下) 時的漏電流遠小於1微安培 (1uA),因此可延長手持式裝置電池的可持續使用時數。

在封裝方面,晶焱科技的此一系列產品採用腳位間距 (pin pitch) 為0.4 毫米 (mm) 的矩形平面無引腳封裝 (Dual Flat No-lead, DFN) 形式。因此,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。並且可以輕易地進行銲接重工 (rework),在進行元件表面黏著 (surface mount) 時, 亦不容易造成元件損傷。

關於此一系列產品的詳細規格,請洽詢晶焱科技業務部門:sales@amazingic.com。本文作者:晶焱科技 設計研發部 ╱ 彭政傑 經理
 

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