手持式产品静电保护(ESD)与电磁滤波(EMI FILTER)防护设计的结合

图1，电磁(EMI)滤波器产品基本架构图。

随着终端产品朝向轻薄短小的方向发展，并持续拓展附加功能，如高速数据传输界面、高分辨率LCD屏幕、镜头模块、无线影音内容接收等。众多的功能汇聚在一个有限空间里，势必牺牲掉一些原本作为电磁干扰防护的金属屏蔽(Shielding)，或是改用较小的地(GND)。 虽然可以达到成本与尺寸的考量，却导致设计上的静电(ESD)与电磁波(EMI)问题变得更加复杂与严重。这些问题必须在设计最初阶段选择有效的解决方案。

传统的静电(ESD)保护或电磁滤波(EMI Filter)功能主要是由被动元件来组成，例如静电(ESD)保护的压敏电阻和基于串联电阻与并联电容的π型低通滤波结构。随着新型IC的高EMI敏感度促使设计者必须提高抗干扰能力，因此某些方案的技术局限性已显露出来。

针对静电(ESD)保护，静电保护二极管与保护阵列比较于传统方案的压敏电阻，在IEC 61000-4-2严苛的标准下，整体系统的稳定性就会有很大的差别。除了压敏电阻箝制电压高之外，并存在着老化现象，还是暴露出电气特性变化的隐忧。静电保护二极管与保护阵列相对为稳定且有效的保护方案。

另外为了有效解决电子产品电磁干扰的问题，并能兼顾静电(ESD)保护的功能，具备静电保护功能的电磁滤波器(EMI+ESD filter)就为一建议的方案。前述因成本与尺寸的考量，可能导致更加复杂与严重静电(ESD)与电磁波(EMI)问题。以手机为例，很多界面接口都容易受到GSM/CDMA脉冲的影响，如音频线或是LCD屏幕，产生能够听见的噪声或可以看见的屏幕抖动。这就是在设计手机时强烈推荐使用电磁(EMI)滤波器的原因。

过去一般采用电阻和电容的π型低通滤波器(Low pass filter)设计，因为衰减带宽很窄，滤波性能极差。星曜半导体推出电磁(EMI)滤波器是适合这些需求的整合方案，极宽的衰减范围，并可针对高速数据传输的应用实现低电容结构和PCB布局的简化。产品基本架构如图1蓝框所示。

输入与输出端点间是采用电阻(RLINE)桥接，端点对地(GND)的电容则是采用静电保护二极管。利用π型低通滤波器(Low pass filter)设计架构，该系列产品除了可以提供良好的电磁(EMI)滤波效果之外，还拥有强壮的静电(ESD)保护能力，可符合IEC61000-4-2 LV4。星曜半导体公司的新型低电容EMI滤波器支持4、6及8通道的产品，每一种均包含侧接有静电保护二极管的RC滤波网络。100Ω的串联电阻与20pF的电容值被用来达到在800MHz至2.5GHz范围内最小30dB的衰减。对于高速数据传输接口，电磁滤波器的寄生电容对信号完整度的影响很大。

此外，想要取得最佳的滤波性能，虽然电磁(EMI)滤波器本身性能十分重要，但是封装大小与布局考虑也有助于提高系统的整体保护性能。星曜半导体采用微型DFN封装，微型DFN封装的主要优点是寄生效应影响小，从而最大限度地提高了高频下的衰减特性，也可以有效减少所需占用的电路板面积。

业界半导体供应商有提供RC π型或LC π型滤波器两类的方案，如何选用？根本在于应用。两种技术具有相似滤波特性。LC π型滤波器相较RC π型滤波器更能优化低频的插入损耗(Insertion Loss)。但在现实应用中，多数IC属于高阻抗元件，对插入损耗的影响几乎可忽略不计。但在高频，LC π型滤波器可能有RC π型滤波器没有的寄生振荡。这些寄生振荡会干扰信号。加上电阻整合密度比电感高出很多，LC π型滤波器制造成本绝对高于RC π型滤波器。这也是为什麽星曜半导体着重开发RC π型滤波器。

星曜半导体在2011年全面增强了产品组合，推出一系列电磁(EMI)滤波器。主要适用于5V额定电压系统，支持4、6及8通道。串联电阻100Ω±20%，电容值约为20pF。操作频率在800MHz功率损耗可达-25B。静电保护功能均可达到IEC61000-4-2 Level4 Contact±8KV，Air±15KV。

(本文作者为星曜半导体行销副总)