新型TDK TCE1210系列是世界上第一款在單個(gè)元件上提供高速共模噪聲抑制和靜電(ESD)保護(hù)的薄膜共模濾波器,可減少元器件數(shù)量,縮小安裝面積,增強(qiáng)移動(dòng)設(shè)備功能。
集成電路的半導(dǎo)體工藝尺寸越來(lái)越小時(shí),移動(dòng)設(shè)備越來(lái)越易受靜電影響。同時(shí),高速和高頻操作需要對(duì)高速接口產(chǎn)生的共模噪聲進(jìn)行防護(hù)。薄膜共模濾波器TCE1210系列具有靜電抑制功能,不僅能夠抑制共模噪聲而且防止靜電放電對(duì)重要元件的影響。新型薄膜共模濾波器采用先進(jìn)的薄膜工藝技術(shù)制成,體積更小更薄,僅為1.25 × 1.0 × 0.60mm3。該系列濾波器榮獲日刊工業(yè)新聞社 – 一家令人尊敬的日本商務(wù)和工業(yè)日?qǐng)?bào)出版社 – 頒發(fā)的電氣和電子元件類(lèi)的“Cho Monodzukuri 2008年創(chuàng)新零件和元件大獎(jiǎng)”。
許多高速數(shù)字界面,如USB或HDMI,采用差模傳輸。信號(hào)由具180度相位差的兩條線來(lái)傳輸。理論上差模傳輸,又稱為平衡傳輸,相對(duì)于單線傳輸系統(tǒng),噪聲輻射更小,并且?guī)缀醪皇芷渌到y(tǒng)輻射噪聲的干擾和影響。然而在現(xiàn)實(shí)中,兩個(gè)信號(hào)相位只要稍微偏離,或脈沖寬度或振幅存在差異,則會(huì)出現(xiàn)失衡分量,即偏斜,并且產(chǎn)生共模噪聲電流,從而導(dǎo)致系統(tǒng)故障和其它問(wèn)題。
除非采取保護(hù)措施,連接數(shù)碼設(shè)備的電纜就會(huì)成為噪聲源。因此,需要共模濾波器作為元器件來(lái)確保電子設(shè)備和接口間的電磁兼容性(EMC)。
采用硬盤(pán)(HDD)磁頭技術(shù)的微型化
超微型共模濾波器在手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)中需求相當(dāng)大,微型化已達(dá)至可能的極限。因此,為了將薄膜導(dǎo)電層生成至鐵氧體層上,工程師采用了TDK先進(jìn)的原用于制作硬盤(pán)磁頭的薄膜工藝技術(shù)。因此,TCM系列薄膜共模濾波器相比傳統(tǒng)濾波器占用不到一半的空間
尤其是移動(dòng)設(shè)備,因?yàn)殡娎|的頻繁插入和移除,有大量的觸摸操作,因此,其電路也必須擁有可靠的器件來(lái)防護(hù)靜電影響(ESD)。
新型TCE1210系列通過(guò)具有穩(wěn)定特征的微間隙電極結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)在單個(gè)元件上整合靜電保護(hù)和共模噪聲抑制功能。微間隙靜電抑制器將一對(duì)電極封裝在玻璃管內(nèi)并制成片式元件 – 實(shí)際上就是一個(gè)微型電涌放電器。微間隙靜電抑制器的最大優(yōu)點(diǎn)就是具有極低的端子間電容,有效地抑制靜電,同時(shí)在極高的數(shù)據(jù)傳輸速率下不會(huì)扭曲信號(hào)。
微間隙靜電抑制器采用鐵氧體基材制成,基材上的一個(gè)薄膜線圈、絕緣層和其它層經(jīng)堆疊制成薄膜共模濾波器(圖表一)。
當(dāng)使用TDK TCE1210系列濾波器時(shí),噪聲減少了大約15dB.
TCE1210系列完全符合USB3.0要求,且綽綽有余。圖表二顯示了確認(rèn)共模濾波器效果的測(cè)量數(shù)據(jù)。一個(gè)2.5GHz(5Gbit/s)的USB 3.0信號(hào)用作傳輸信號(hào)。如未使用濾波器,噪聲水平峰值在2至3GHz范圍出現(xiàn)。采用TCE1210系列后,噪聲減少了大約15dB.
TDK TCE1210能夠?qū)崿F(xiàn)90 Ω (?}7)的特征阻抗,達(dá)到新的USB3.0要
求TCE1210系列的靜電抑制效能清楚地展示在圖表三中。使用1pF端子間電容的壓敏電阻時(shí),特征阻抗降至80Ω以下。使用USB3.0后,特征阻抗的新參數(shù)上升至90 ±7 Ω。 這樣,TCE1210系列特征阻抗就達(dá)到以上要求,證明將來(lái)對(duì)信號(hào)幾乎不會(huì)產(chǎn)生影響。
TDK TCE1210能有效地吸收靜電至可忽略的水平。
此外,未采取防靜電對(duì)策時(shí),在波形圖上能觀察到陡峭的尖峰。TCE1210系列濾波器對(duì)吸收靜電有明顯效果。(圖表四)
元器件數(shù)量大大減少
TCE1210系列可大量減少元器件數(shù)量和所需的安裝面積。例如,差模傳輸?shù)腍DMI,以前一個(gè)端子用四個(gè)共模濾波器,每個(gè)濾波器有兩個(gè)壓敏電阻,需要用12個(gè)元件。對(duì)比一下,使用TCE1210系列濾波器和集成靜電抑制后,僅需安裝四個(gè)元件。
類(lèi)型 | TCE1210-900-2P |
共模阻抗 [Ω] | 最小60 ,典型90 |
截止頻率[GHz] | 5.0 |
靜電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn) | IEC61000-4-2 4級(jí)兼容 |
鉗位電壓 (最大值) [V] | 100 |
額定電壓 (最大值) [V] | 10 |
額定電流 [mA] | 100 |
尺寸[mm³] | 1.25 × 1.00 × 0.60 |
隨著功能越來(lái)越先進(jìn)和微型化進(jìn)一步提升,要求移動(dòng)設(shè)備如移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)和便攜式音樂(lè)播放器的元件數(shù)量減少和安裝面積縮小的要求也越來(lái)越強(qiáng)烈。傳輸信號(hào)提升到更高頻率時(shí),改進(jìn)共模噪聲抑制技術(shù)將十分重要。同時(shí)移動(dòng)設(shè)備靜電抑制會(huì)在半導(dǎo)體工藝尺寸逐步縮小后變得一樣重要。TCE1210系列通過(guò)針對(duì)和滿足以上要求以提升移動(dòng)設(shè)備效能,使其性能更可靠。
共模濾波器是兩根導(dǎo)線同方向地卷繞在環(huán)形磁芯上的電子元件。當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí),所生成的磁通量流經(jīng)磁芯。同時(shí)信號(hào)電流也通過(guò)線圈。然而,使用了差模,其中傳出和返回信號(hào)以反方向傳播。磁通量也以反方向傳播,在磁芯內(nèi)相互抵消。因此,共模濾波器對(duì)信號(hào)電流不產(chǎn)生影響。
相比之下,共模噪聲電流以相同方向流動(dòng)。因此,磁芯內(nèi)的磁通量也以相同方向流動(dòng),并且經(jīng)積累變得更加強(qiáng)大。于是帶來(lái)阻抗增加和阻止共模噪聲電流通過(guò)。