液晶顯示屏中EMC和ESD防護(hù)技術(shù)

　　LCD（ Liquid Crystal Display），對(duì)于許多的用戶而言可能是一個(gè)并不算新鮮的名詞了，不過(guò)這種技術(shù)存在的歷史可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了我們的想像 －早在19世紀(jì)末，奧地利植物學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了液晶，即液態(tài)的晶體，也就是說(shuō)一種物質(zhì)同時(shí)具備了液體的流動(dòng)性和類似晶體的某種排列特性。在電場(chǎng)的作用下，液晶分子的排列會(huì)產(chǎn)生變化。從而影響到它的光學(xué)性質(zhì)，這種現(xiàn)象叫做電光效應(yīng)。利用液晶的電光效應(yīng)，英國(guó)科學(xué)家在上世紀(jì)制造了第一塊液晶顯示器即LCD。今天的液晶顯示器中廣泛采用的是定線狀液晶，如果我們微觀去看它，會(huì)發(fā)現(xiàn)它特象棉花棒。與傳統(tǒng)的CRT相比，LCD不但體積小，厚度?。壳?4.1英寸的整機(jī)厚度可做到只有5厘米），重量輕、耗能少（1到10 微瓦/平方厘米）、工作電壓低（1.5到6V）且無(wú)輻射，無(wú)閃爍并能直接與CMOS集成電路匹配。由于優(yōu)點(diǎn)眾多，LCD從1998年開始進(jìn)入臺(tái)式機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域……

　　目前對(duì)于許多流行的手機(jī)（尤其是翻蓋型手機(jī)）而言，手機(jī)的彩色LCD、OLED顯示屏或相機(jī)模塊CMOS傳感器等部件，都是通過(guò)柔性電路或長(zhǎng)走線PCB與基帶控制器相連的，這些連接線會(huì)受到由天線輻射出的寄生GSM/CDMA頻率的干擾。同時(shí)，由于高分辨率CMOS傳感器和TFT模塊的引入，數(shù)字信號(hào)要在更高的頻率上工作，這些連接線會(huì)像天線一樣產(chǎn)生EMI干擾或可能造成ESD危險(xiǎn)事件。

　　上述這種EMI及ESD干擾均會(huì)破壞視頻信號(hào)的完整性，甚至損壞基帶控制器電路。受緊湊設(shè)計(jì)趨勢(shì)的推動(dòng)，考慮到電路板空間、手機(jī)工作頻率上的高濾波性能以及保存信號(hào)完整性等設(shè)計(jì)約束，分立濾波器不能為解決方案提供任何空間節(jié)省，而且只能提供針對(duì)窄帶衰減的有限濾波性能，因此目前大多數(shù)設(shè)計(jì)者都使用集成的EMI濾波器。

　　隨著手機(jī)及相機(jī)等便攜式設(shè)備中LCD顯示屏分辨率的提高，視頻信號(hào)的傳輸速率也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的濾波器方案已慢慢達(dá)到它們的技術(shù)極限。在配有高分辨率顯示屏及嵌入式相機(jī)的手機(jī)中，信號(hào)是通過(guò)特定頻率（取決于分辨率）從基帶ASIC被傳送至 LCD及內(nèi)嵌的相機(jī)上。視頻分辨率越高，數(shù)據(jù)工作的頻率亦越高。比如，對(duì)于30至60萬(wàn)像素的相機(jī)模塊來(lái)說(shuō)，時(shí)鐘頻率大約介于6至12MHz之間。因此建議將濾波器（上下）截止頻率選擇在30至50MHz范圍內(nèi)。隨著分辨率的提高到數(shù)百萬(wàn)像素，時(shí)鐘頻率已超過(guò)60MHz，這要求濾波器的截止頻率高達(dá) 300MHz。

　　圖1：新型濾波器單元結(jié)構(gòu)（串聯(lián)電阻為100歐姆，線電容為20pF）

　　圖2：新型RC濾波器S21參數(shù)曲線。

　　圖3：LC濾波器單元結(jié)構(gòu)。

　　LC濾波器也稱為無(wú)源濾波器，是傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償裝置。LC濾波器之所以稱為無(wú)源濾波器，顧名思義，就是該裝置不需要額外提供電源。LC濾波器一般是由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成，與諧波源并聯(lián)，除起濾波作用外，還兼顧無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枰?/P>

　　LCD（ Liquid Crystal Display），對(duì)于許多的用戶而言可能是一個(gè)并不算新鮮的名詞了，不過(guò)這種技術(shù)存在的歷史可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了我們的想像 －早在19世紀(jì)末，奧地利植物學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了液晶，即液態(tài)的晶體，也就是說(shuō)一種物質(zhì)同時(shí)具備了液體的流動(dòng)性和類似晶體的某種排列特性。在電場(chǎng)的作用下，液晶分子的排列會(huì)產(chǎn)生變化。從而影響到它的光學(xué)性質(zhì)，這種現(xiàn)象叫做電光效應(yīng)。利用液晶的電光效應(yīng)，英國(guó)科學(xué)家在上世紀(jì)制造了第一塊液晶顯示器即LCD。今天的液晶顯示器中廣泛采用的是定線狀液晶，如果我們微觀去看它，會(huì)發(fā)現(xiàn)它特象棉花棒。與傳統(tǒng)的CRT相比，LCD不但體積小，厚度薄（目前14.1英寸的整機(jī)厚度可做到只有5厘米），重量輕、耗能少（1到10 微瓦/平方厘米）、工作電壓低（1.5到6V）且無(wú)輻射，無(wú)閃爍并能直接與CMOS集成電路匹配。由于優(yōu)點(diǎn)眾多，LCD從1998年開始進(jìn)入臺(tái)式機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域……

　　目前對(duì)于許多流行的手機(jī)（尤其是翻蓋型手機(jī)）而言，手機(jī)的彩色LCD、OLED顯示屏或相機(jī)模塊CMOS傳感器等部件，都是通過(guò)柔性電路或長(zhǎng)走線PCB與基帶控制器相連的，這些連接線會(huì)受到由天線輻射出的寄生GSM/CDMA頻率的干擾。同時(shí)，由于高分辨率CMOS傳感器和TFT模塊的引入，數(shù)字信號(hào)要在更高的頻率上工作，這些連接線會(huì)像天線一樣產(chǎn)生EMI干擾或可能造成ESD危險(xiǎn)事件。

　　上述這種EMI及ESD干擾均會(huì)破壞視頻信號(hào)的完整性，甚至損壞基帶控制器電路。受緊湊設(shè)計(jì)趨勢(shì)的推動(dòng)，考慮到電路板空間、手機(jī)工作頻率上的高濾波性能以及保存信號(hào)完整性等設(shè)計(jì)約束，分立濾波器不能為解決方案提供任何空間節(jié)省，而且只能提供針對(duì)窄帶衰減的有限濾波性能，因此目前大多數(shù)設(shè)計(jì)者都使用集成的EMI濾波器。

　　隨著手機(jī)及相機(jī)等便攜式設(shè)備中LCD顯示屏分辨率的提高，視頻信號(hào)的傳輸速率也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的濾波器方案已慢慢達(dá)到它們的技術(shù)極限。在配有高分辨率顯示屏及嵌入式相機(jī)的手機(jī)中，信號(hào)是通過(guò)特定頻率（取決于分辨率）從基帶ASIC被傳送至 LCD及內(nèi)嵌的相機(jī)上。視頻分辨率越高，數(shù)據(jù)工作的頻率亦越高。比如，對(duì)于30至60萬(wàn)像素的相機(jī)模塊來(lái)說(shuō)，時(shí)鐘頻率大約介于6至12MHz之間。因此建議將濾波器（上下）截止頻率選擇在30至50MHz范圍內(nèi)。隨著分辨率的提高到數(shù)百萬(wàn)像素，時(shí)鐘頻率已超過(guò)60MHz，這要求濾波器的截止頻率高達(dá) 300MHz。

　　圖1：新型濾波器單元結(jié)構(gòu)（串聯(lián)電阻為100歐姆，線電容為20pF）

　　圖2：新型RC濾波器S21參數(shù)曲線。

　　圖3：LC濾波器單元結(jié)構(gòu)。

　　LC濾波器也稱為無(wú)源濾波器，是傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償裝置。LC濾波器之所以稱為無(wú)源濾波器，顧名思義，就是該裝置不需要額外提供電源。LC濾波器一般是由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成，與諧波源并聯(lián)，除起濾波作用外，還兼顧無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枰?/P>

　　面對(duì)手機(jī)行業(yè)的這些發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)的RC濾波器解決方案正在達(dá)到其極限。同時(shí)它能提供出色的濾波性能，在800MHz至2.5GHz的頻率范圍內(nèi)衰減特性優(yōu)于-25dB。圖4顯示了采用此濾波器基本單元架構(gòu)的S21參數(shù)指標(biāo)。除濾波功能外，集成輸入TVS管還能抑制高達(dá)15kV的空氣放電ESD沖擊，達(dá)到了 IEC61000-4-2第4級(jí)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所要求的性能水平。

　　圖4：LC濾波器的S21參數(shù)曲線。

　　英聯(lián)電子的低電容EMI濾波器UM4411、UM6411、UM8411支持4、6及8線配置，EMI濾波器通常由串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器組成的低通濾波電路，其作用是允許設(shè)備正常工作時(shí)的頻率信號(hào)進(jìn)入設(shè)備，而對(duì)高頻的干擾信號(hào)有較大的阻礙作用。每一種配置均包含側(cè)接有TVS管的PI型RC濾波網(wǎng)絡(luò)。器件采用了0.4mm管腳間距的QFN封裝，可以為超薄手機(jī)的設(shè)計(jì)師們提供更為寬裕的設(shè)計(jì)空間。尤其在PCB的布板上，目前一些顯示屏 I/O連接座的管腳間距都是0.4mm，使用0.4mm管腳間距DFN封裝的EMI濾波器將有助于系統(tǒng)工程師布板。在器件的選擇上，應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)通道的數(shù)量進(jìn)行合理選擇，圖5中顯示了使用一個(gè)8通道的濾波器和兩個(gè)4通道濾波器在布板上的一些優(yōu)勢(shì)；同時(shí)選用一個(gè)8通道濾波器也比兩個(gè)4通道濾波器的成本要低。

　　圖5 EMI濾波器管腳間距對(duì)布板的影響。