高速差分数据传输EMI低通滤波器
MF当前市场上最安全的CMF滤波器+TVS瞬变电压抑制解决方案。
为使用共模滤波器获得最佳的RFI/EMI噪声衰减度,设计人员必须参考几个重要参数,其中带宽是一个至关重要的参数。这个数值是对谐波频率的估算结果,对应滤波器准许通过的最大信号频率。传送1 GHz信号的三次谐波至少需要3-4 GHz的带宽,这是避免数据完整性被破坏的一个要素。
下表是ECMF滤波器与市场上其它品牌滤波器的带宽比较表。 我们假设带宽是在SDD21参数的最大衰减度-3db下取得的。
滤波器带宽 | |
解决方案1 | 4Ghz |
解决方案2 | 3Ghz |
解决方案3 | 3Ghz |
解决方案4 | 7Ghz |
解决方案1和2表明,在一个LTTC结构内增加变阻器,将会提高滤波器固有电容,导致带宽降低。虽然硅技术可以提升性能,但是,通过比较解决方案3和4,我们发现意法半导体的单片解决的性能优于双片解决方案(解决方案3)。
系统级优化
除比较滤波性能外,我们还需比较ESD保护性能。通过测量不同解决方案的钳位电压值,设计人员可评估并找出最适合保护整个系统的达到IEC安全要求的技术和拓扑。
为了更好地评估比较内置变阻器的LTTC滤波器的性能和在印刷电路板上外接齐纳二极管的LTTC滤波器的性能,我们又做了几项ESD测试。
红色测量值表示外接齐纳二极管的LTTC共模滤波器。在施加一次8kV接触静电放电脉冲后,钳位电压上升到250V,几乎是内置TVS保护二极管的硅滤波器解决方案的5倍。
蓝色测量结果代表内置变阻器的LTTC共模滤波器。因为集成在滤波器内部,寄生电容值被降低,该滤波器的钳位电压较红色测量数值明显改进。但是,钳位电压上还是上升到150V,依然是意法半导体的内置TVS保护二极管的单片共模滤波器的3倍。
便携应用设计人员最关心的问题是减少元器件的数量,优化印刷电路板的空间和系统成本。在这个方面,集成技术给设计人员带来多个好处,促使设计人员在设计中选择共模滤波器,从而推动新的共模滤波器发展。正前文所述,因为集成技术抑制寄生电感,使数据带宽和衰减度都得到提升,所以,通过在一颗芯片上集成多个功能,共模滤波器的ESD和滤波性能均大幅提升。事实上,保护二极管被集成到滤波器结构内,有助于简化系统设计,减少印刷电路板上的连接线;因此,没有寄生电感影响滤波抑制效果和保护性能。
从优化电路板空间角度考虑,集成技术是必选技术。内置保护器件的共模滤波器大幅缩减印刷电路板空间,同时减少元器件的数量。下图是一个外接两个保护芯片(采用0402封装的TVS二极管)的双线LTTC共模滤波器与实现同一功能的意法半导体单片ECMF滤波器的比较图。
基于LTTC滤波器的解决方案在印刷电路板上占用大约4.5mm2的空间,而ESD保护滤波二合一芯片CMF占板仅为2.8mm2,节省印刷电路板空间40%。考虑到元器件的间隙,意法半导体解决的优势就更加明显,节省空间超过50%。
此外,这个采用意法半导体的CMF滤波器的设计范例还能使元器件数量节省70%。
结论
这个内置保护芯片的新一代共模滤波器为设计人员带来多重好处。除特别适合在高速差分信号应用中滤除扰动和抑制噪声外,新产品还特别适合加强EMC抗干扰性能,大幅度缩减印刷电路板上的元器件数量,最终缩减印刷电路板的面积。
意法半导体的内置ESD保护芯片的新一代CMF滤波器共有两款产品:双线 ECMF02-2AMX6 和四线ECMF04-4AMX12,这两款产品都采用塑料通孔封装,封装面积分别为1.7mm x 1.6 mm和1.5 mm x 3.3mm。针对希望设计外观尺寸更小的便携产品设计人员,意法半导体还推出了WCSP封装的CMF滤波器。
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