Tento článek stručně zkoumá příčiny a důsledky ESD a EMI v mobilních audio systémech. Poté se diskutuje o použití ESD supresory a EMI filtry ke zmírnění těchto hrozeb. Nakonec porovnává tři aktuální řešení. Moderní materiály a technologie vedly k častému výskytu elektrostatický výboj (ESD) a elektromagnetické rušení (EMI), které představují značná rizika. Naše oblečení a předměty, se kterými přicházíme do kontaktu, mohou generovat statickou elektřinu. Digitální technologie také generuje elektromagnetické rušení. ESD může poškodit elektronické součástky v mobilních telefonech. Přestože jsou telefony snadno vyměnitelné, mohou uživatelům způsobit značné škody. Návrháři telefonních obvodů musí zajistit, aby byla přijata nezbytná opatření k odstranění Poškození ESD.

EMI ve zvukových obvodech může mít za následek špatnou kvalitu zvuku se slyšitelnými problémy, jako je syčení, praskání a hučení. Uživatelé mobilních telefonů nemohou takové rušení tolerovat. Proto je třeba vyvinout úsilí k odfiltrování EMI v audio obvodech.

1. Elektrostatický výboj (ESD): Příčiny, důsledky a potlačení

1.1 příčiny

Všichni jsme zažili účinky statické elektřiny. Byli jsme toho svědky v blesku od našich pravěkých dnů jako obyvatelé jeskyní. Dnes zůstává významnou hrozbou a je všudypřítomná. Při česání vlasů plastovým hřebenem můžeme pozorovat vznik statického náboje. Pokud přiblížíte paži k televizní obrazovce, uvidíte, jak se vám chlupy na paži vstávají. To je také příklad efektu statické elektřiny.

Když otevřete dveře auta a vystoupíte, můžete zažít šok, který pochází ze statického výboje. S tím, jak se domácnosti a pracoviště stále více zaplňují elektrickými spotřebiči, statická elektřina se stává neustálým nebezpečím. Osoby podílející se na výrobě nebo opravách elektrických zařízení chrání sebe a svá pracovní zařízení tím, že se uzemňují, čímž předcházejí zraněním způsobeným statickými výboji z elektrických zařízení.

Důsledky 1.2

Můžeme vidět, jak blesky udeří do budov a stromů a demonstrují tak svou ničivou sílu. I malé výboje mohou poškodit citlivé elektronické obvody, pokud ESD ochrana není optimální. Mobilní telefony mají určitou úroveň ESD ochrany. Externí připojení k audio obvodům jsou nejčastějším zdrojem ESD. Pouhé připojení sluchátek nebo reproduktorů může potenciálně vystavit telefon ESD.

1.3 Potlačení

Stejně jako všechny produkty musí být mobilní telefony testovány ESD podle IEC 61000-4-2 předpisy. Předpis stanoví, že telefon by měl vydržet 15 kV výboje vzduchu (prostřednictvím sítě 330Ω/150 pF), což je přibližně ekvivalent proudu 45 A trvajícího alespoň 1 nanosekundu. V tomto scénáři by měl telefon nadále fungovat bez poškození. Toto srovnání se týká vysokoenergetického pulzu a ESD experiment s modelem lidského těla. Do každého potenciálního vstupního bodu ESD musí být přidána dodatečná ESD ochrana pro ochranu hlavního čipu. Obecně zařízení pro potlačení ESD generují řiditelné výstupy známé jako svorková napětí.

Obrázek níže ukazuje výstup (napětí svorky) ESD ochranného zařízení při ESD události.

2. Elektromagnetické rušení (EMI) – příčiny, účinky a filtry

2.1 příčiny

Když protéká proud, kolem vodiče se vytváří magnetické pole. Při změně proudu se mění i magnetické pole. Proto pouhé zapnutí/vypnutí proudu může způsobit změny v magnetickém poli. Tyto změny v magnetickém poli mohou indukovat signály v blízkých vodičích. To jsou základní principy elektřiny.

Domácí i průmyslová elektřina používá střídavý proud s frekvencí 50 Hz nebo 60 Hz. Tyto frekvence spadají do slyšitelného rozsahu. Jak se proud neustále mění, blízké vodiče se stejnou frekvencí mohou produkovat signály. Pokud jste někdy používali Hi-Fi systém se samostatnými přehrávači a zesilovači a pokud jejich šasi nejsou spojeny dohromady, můžete slyšet hučení.

Nyní se podívejme na neustále se měnící signály v dnešním elektronickém světě:
– Vstup/výstup audio zařízení může generovat EMI prostřednictvím záření a vedení, které pak vysílají vysokofrekvenční vysokofrekvenční signály, což vede ke zkreslení signálu.
– Antény mobilních telefonů (pulsy TDMA) vysílají vysokofrekvenční signály, které mohou být přijímány sluchátky s dlouhým kabelem, což způsobuje EMI šum v cestě zvukového signálu.
GSM (Global System for Mobile Communications) používá vícenásobný přístup s frekvenčním dělením a vícenásobný přístup s časovým dělením k současnému přenosu mnoha telefonních hovorů, jak je znázorněno na obrázku níže.

Konkrétní mobilní telefony se spouštějí pouze v čase, který k tomu náleží. Základní frekvence paketového signálu je 1 / 4.615 ms = 217Hz. Harmonická frekvence je 434Hz, 651Hz atd. Tato frekvence je slyšet. Jak je znázorněno na obrázku níže, signál balíčku mobilního telefonu.

2.2 výsledek

Když mobilní telefon komunikuje se základnovou stanicí nebo jsou oba mobilní telefony blízko u sebe, vysílací impuls prochází audio kanálem přes zesilovač, reproduktor nebo drát náhlavní soupravy. V důsledku toho se kvalita zvuku výrazně snížila.

Filtry 2.3

Filtry EMI by měly být co nejblíže bodu, do kterého vstupuje rušení, aby byla zajištěna kvalita zvuku v co největší míře.
Výběr filtrů by měl být založen na jejich šířce pásma, mezní frekvenci a charakteristikách útlumu stoppásma. Dalším faktorem při vytváření vysoce kvalitního zvuku je celkové harmonické zkreslení (THD). Špatné THD může zničit kvalitu zvuku jinak vynikajícího audio systému. V ideálním případě by hodnota THD EMI filtrů měla být lepší než u nejslabšího signálového řetězce.
Mezi reprezentativní vlastnosti patří:
• Útlum stoppásma minimálně -25 dB pro frekvenční pásmo 800-2480 MHz
• Útlum stoppásma minimálně -20 dB pro frekvenční pásmo 10-800 MHz
• Linka MIC s THD+N (0.03 %) ne méně než -70 dB(A), poskytující vysoce kvalitní zvuk.
Zvažte prostor na desce plošných spojů
Mobilní telefony obsahují stále více multimediálních funkcí, jako je GPS, MP3, FM, Bluetooth a DVB-H. Tyto funkce vyžadují další místo na desce plošných spojů. Návrháři musí vytvořit prostor pro ESD a EMI řešení.

3. Porovnání tří řešení

3.1 Diskrétní řešení

Toto řešení využívá 24 diskrétních komponent k vytvoření ESD supresoru a EMI filtru. Toto řešení však není optimalizováno, protože náklady a spolehlivost jsou omezeny 24 samostatnými součástmi.

3.2 Nízkoteplotně vypalovaná keramika (LTCC) a varistorový roztok

LTCC EMI filtr může účinně splnit požadavky na filtrování. Varistor má však vysoké upínací napětí (maximálně VCL > 100V), které neposkytuje optimalizovanou ochranu pro citlivý submikronový čip ESD.

3.3 Integrovaná pasivní a aktivní zařízení

Tato technologie kombinuje ochranné diody a pasivní součástky, jako jsou rezistory a kondenzátory s vysokou hustotou, v integrovaných obvodech, jako jsou křemíkové čipy. Ve srovnání s předchozími dvěma řešeními jsou výhody řešení IPAD následující:
• Může splnit všechny požadavky na potlačení ESD a filtrování EMI.
• Může ušetřit značné množství místa na desce plošných spojů (přibližně 78 %).
• Použití zařízení z přírodního křemíku poskytuje výraznější spolehlivost a nižší provozní náklady.

4. závěr

Tento článek představuje příčiny a potenciální důsledky ESD a EMI v mobilních audio rozhraních a stručně pojednává o požadavcích na potlačení ESD a filtrování EMI.

Ve srovnání s dostupnými integrovanými řešeními ESD ochrany a filtrování EMI může poskytnout nejlepší ESD ochranu (nejnižší VCL) a nejlepší útlum stop pásma, stejně jako další příznivé podmínky, jako je zlepšená spolehlivost a nižší provozní náklady.

Tagy:ESD61000-2