共模滤波器拓扑 - 新一代ECMF新系列保护芯片

　　这种实验方法可精确地模拟在一次ESD静电放电事件后印刷电路板所承受的电压值。在这些条件下，在8kV静电放电后，输出电压测量值为50V，这是目前最低的钳位电压，因此是ECMF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

　　有/无保护器件的LTTC滤波器4Ghz

　　解决方案 2

　　内置变阻器的LTTC滤波器3Ghz

　　解决方案 3

　　内置TVS的硅滤波器3Ghz

　　解决方案 4

　　意法半导体的内置TVS的硅滤波器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。