В этой статье кратко рассматриваются причины и последствия ESD и EMI в мобильных аудиосистемах. Затем обсуждается использование ESD супрессоры и EMI фильтры для смягчения этих угроз. Наконец, он сравнивает три текущих решения. Современные материалы и технологии привели к частому возникновению электростатический разряд (ЭСР) и электромагнитные помехи (EMI), которые представляют собой значительные риски. Наша одежда и предметы, с которыми мы соприкасаемся, могут генерировать статическое электричество. Цифровые технологии также создают электромагнитная интерференция. Электростатический разряд может повредить электронные компоненты мобильных телефонов. Хотя телефоны легко заменить, они могут нанести пользователям существенный вред. Разработчики телефонных схем должны обеспечить принятие необходимых мер по устранению повреждение от электростатического разряда.

ЭМП в аудиосхемах могут привести к ухудшению качества звука, сопровождающемуся такими проблемами со звуком, как шипение, хлопки и гудение. Пользователи мобильных телефонов не могут мириться с такими помехами. Поэтому необходимо приложить усилия для фильтрации электромагнитных помех в аудиосхемах.

1. Электростатический разряд (ЭСР): причины, последствия и борьба с ними.

1.1 Причины

Мы все сталкивались с воздействием статического электричества. Мы были свидетелями этого в молниях еще с доисторических времен, когда мы были пещерными жителями. Сегодня он остается серьезной угрозой и является повсеместной. Расчесывая волосы пластиковой расческой, мы можем наблюдать образование статических зарядов. Если вы поднесете руку к экрану телевизора, вы увидите, как волосы на руке встают дыбом. Это также пример эффекта статического электричества.

Когда вы открываете дверь автомобиля и выходите из него, вы можете испытать шок, вызванный статическим разрядом. Поскольку дома и рабочие места все больше заполняются электроприборами, статическое электричество становится постоянной опасностью. Люди, занимающиеся производством или ремонтом электрооборудования, защищают себя и свое рабочее оборудование, заземляя себя, предотвращая травмы, вызванные статическим разрядом электрического оборудования.

Последствия 1.2

Мы можем видеть, как молния поражает здания и деревья, демонстрируя свою разрушительную силу. Даже небольшие разряды могут повредить чувствительные электронные схемы, если защита от электростатического разряда не является оптимальной. Мобильные телефоны имеют определенный уровень защиты от электростатического разряда. Внешние подключения к аудиоцепям являются наиболее распространенным источником электростатического разряда. Простое подключение наушников или динамиков может подвергнуть телефон воздействию электростатического разряда.

1.3 Подавление

Как и все продукты, мобильные телефоны должны быть проверены на ESD по данным IEC 61000-4-2 нормативно-правовые акты. В регламенте указано, что телефон должен выдерживать разряд воздуха напряжением 15 кВ (через сеть 330 Ом/150 пФ), что примерно эквивалентно току силой 45 А длительностью не менее 1 наносекунды. В этом случае телефон должен продолжать работать без повреждений. Это сравнение относится к импульсу высокой энергии и ESD Модельный эксперимент с человеческим телом. Дополнительная защита от электростатического разряда должна быть добавлена ​​в каждую потенциальную точку входа электростатического разряда для защиты основного чипа. Обычно устройства для подавления электростатического разряда генерируют управляемые выходные сигналы, известные как напряжения ограничения.

На рисунке ниже показано выходное напряжение (напряжение фиксации) устройства защиты от электростатического разряда в случае электростатического разряда.

2. Электромагнитные помехи (EMI) – причины, последствия и фильтры.

2.1 Причины

При протекании тока вокруг проводника создается магнитное поле. При изменении тока меняется и магнитное поле. Следовательно, простое включение/выключение тока может вызвать изменения магнитного поля. Эти изменения магнитного поля могут индуцировать сигналы в близлежащих проводниках. Это основные принципы электричества.

Как бытовая, так и промышленная электроэнергия использует переменный ток частотой 50 Гц или 60 Гц. Эти частоты попадают в слышимый диапазон. Поскольку ток постоянно меняется, близлежащие проводники с одинаковой частотой могут генерировать сигналы. Если вы когда-либо использовали систему Hi-Fi с отдельными проигрывателями и усилителями, и если их шасси не соединены вместе, вы можете услышать жужжащий звук.

Теперь давайте рассмотрим постоянно меняющиеся сигналы в современном электронном мире:
– Входные/выходные аудиоустройства могут генерировать электромагнитные помехи посредством излучения и проводимости, которые затем излучают высокочастотные радиочастотные сигналы, что приводит к искажению сигнала.
– Антенны мобильных телефонов (импульсы TDMA) излучают радиочастотные сигналы, которые могут приниматься наушниками с длинным проводом, вызывая электромагнитные помехи в тракте аудиосигнала.
GSM (Глобальная система мобильной связи) использует множественный доступ с частотным разделением каналов и множественный доступ с временным разделением каналов для одновременной передачи многочисленных телефонных вызовов, как показано на схеме ниже.

Определенные мобильные телефоны запускаются только в то время, которое им принадлежит. Базовая частота пакетного сигнала составляет 1/4.615 мс = 217 Гц. Частота гармонии — 434 Гц, 651 Гц и т. д. Эту частоту можно услышать. Как показано на рисунке ниже, пакетный сигнал мобильного телефона.

2.2 результат

Когда мобильный телефон обменивается данными с базовой станцией или два мобильных телефона находятся близко друг к другу, передающий импульс проходит по аудиоканалу через усилитель, динамик или провод гарнитуры. В результате качество звука значительно ухудшилось.

2.3 Filters

Фильтры электромагнитных помех должны быть расположены как можно ближе к месту проникновения электромагнитных помех, чтобы обеспечить максимально возможное качество звука.
Выбор фильтров должен основываться на их полосе пропускания, частоте среза и характеристиках затухания в полосе задерживания. Еще одним фактором создания высококачественного звука являются полные гармонические искажения (THD). Плохой THD может ухудшить качество звука даже превосходной аудиосистемы. В идеале значение THD фильтров электромагнитных помех должно быть лучше, чем у самой слабой сигнальной цепи.
Репрезентативные характеристики включают в себя:
• Затухание в полосе задерживания не менее -25 дБ для полосы частот 800–2480 МГц.
• Затухание в полосе задерживания не менее -20 дБ для полосы частот 10–800 МГц.
• Линия MIC с THD+N (0.03%) не менее -70 дБ(А), обеспечивающая высокое качество звука.
Учитывайте место на печатной плате
Мобильные телефоны включают в себя все больше и больше мультимедийных функций, таких как GPS, MP3, FM, Bluetooth и DVB-H. Эти функции требуют дополнительного места на печатной плате. Проектировщики должны освободить место для решений ESD и EMI.

3. Сравнение трех решений.

3.1 Дискретное решение

В этом решении используются 24 дискретных компонента для формирования подавителя электростатических разрядов и фильтра электромагнитных помех. Однако это решение не оптимизировано, поскольку стоимость и надежность ограничены 24 дискретными компонентами.

3.2 Низкотемпературная керамика совместного нагрева (LTCC) и варисторы

Фильтр электромагнитных помех LTCC может эффективно удовлетворить требования фильтрации. Однако варистор имеет высокое напряжение фиксации (максимальное VCL > 100 В), что не обеспечивает оптимальной защиты от электростатического разряда чувствительного субмикронного чипа.

3.3 Интегрированные пассивные и активные устройства

Эта технология объединяет защитные диоды и пассивные компоненты, такие как резисторы и конденсаторы высокой плотности, в интегральных схемах, таких как кремниевые чипы. По сравнению с двумя предыдущими решениями преимущества решения IPAD заключаются в следующем:
• Он может удовлетворить все требования по подавлению электростатического разряда и фильтрации электромагнитных помех.
• Это позволяет сэкономить значительное количество места на печатной плате (около 78%).
• Использование устройств из натурального кремния обеспечивает большую надежность и снижение эксплуатационных расходов.

4. Заключение

В этой статье представлены причины и потенциальные последствия электростатического разряда и электромагнитных помех в мобильных аудиоинтерфейсах, а также кратко обсуждаются требования к подавлению электростатического разряда и фильтрации электромагнитных помех.

Сравнивая доступные встроенные решения для защиты от электростатического разряда и фильтрации электромагнитных помех, он может обеспечить лучшую защиту от электростатического разряда (самый низкий уровень VCL) и лучшее затухание в полосе задерживания, а также другие благоприятные условия, такие как повышенная надежность и снижение эксплуатационных расходов.

Метки:ESD61000-2