探討手機音頻係統中ESD和EMI幹擾經典處理方法
發布時間:2013-11-21 來源:電子元件技術網論壇 責任編輯:cicy
在音頻電路中如有電磁幹擾(EMI),會出現嘶嘶、劈啪、嗡嗡等聲音,聲音質量很差。手機用戶無法忍受這樣的幹擾。因此,必須設法過濾音頻電路的電磁幹擾。
靜電放電——起因、結果和抑製
起因
chabuduomeigerendoujingliguojingdianliudeyingxiang。dangwomenhaishishiqianshiqishidaidexuejurenshi,womenyizaishandianzhongjiandaoguota。dangran,tajintianrengshizhongdadeweixie,gechudouyou。yongsuliaoshuzishutou,kekandaojingdianhedechansheng。jiangnideshoubikaojindianshijidepingmu,nihuikandaonishoubishangdehanmaoshuqilai。zheyeshijingdianxiaoying。
dangnidakaichemen,congnidechezhongzouchu,niyexuhuiganshoudaoyizhendianji,talaizijingdianshifang。suizhejialihegongzuodidianyongyouyuelaiyueduodedianqishebei,jingdianyishiyizhongchixudeweixian。zhizaohuoweixiudianqishebeiderenmenyaobaohuzijihegongzuoyongdeshebei,tamenjiangzijiyushebeilianjie,yongyibimiandianqishebeijingdianfangdianzaochengdeshanghai。

圖1 受ESD影響,氧化物衝進一個小孔
結論
我們能看到閃電打擊建築物和樹,它具有破壞力。如果電子電路的ESD保護不是最優,即使是很少的放電,也會破壞靈敏的電子電路,這是人們已探測到的。手機具有一定的ESD保護。音頻電路的外部連接是ESD最常見的來源。簡單地插入耳機及擴音器,這也許意味著手機將受ESD的影響。如圖1所示,電子部件受ESD影響時,會發生什麼?會產生一個細微的孔,氧化物將侵擾部件。
抑製
與所有的商品相同,手機必須根據IEC61000-4-2條例鑒定其ESD。條例規定:手機可抵抗15 kV空氣放電(通過330 Ω/150 pF),即大約不小於1毫微秒穿過45 A電流。在這種情況下,手機應能繼續工作,沒有被破壞。上述是一個高能量脈衝與ESD人體模型實驗的比較情況。為了保護主芯片,在每一潛在的ESD入口點都必須添加額外的ESD保護。一般來說,抑製ESD的設備生成可控輸出,稱作箝位電壓。



圖2所示的是一次ESD事件中,ESD保護設備的輸出(箝位電壓)。
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電磁幹擾EMI——起因、結果及濾波器
起因
dianliuliudong,zaidaotizhouweichanshengcichang。dianliubianhua,cichanghuisuizhibianhua。suoyi,jiandandikaiguandianliu,jihuichanshengcichangdebianhua。cichangdebianhuakeyinfafujinqitadaotichanshengxinhao。shangshushijibendedianxueyuanli。
家庭用電和工業用電均使用50Hz或60Hz交流電。這是聽得見的頻率範圍。電流持續不斷地變化,附近相同頻率的導體將產生信號。如果你使用過Hi-Fi,使用獨立的播放器和擴音器,而同時它們底盤未連接在一起,你將聽到嗡嗡聲。
思考當今電子世界,到處信號持續不斷地變化:
1.音頻的輸入/輸出能產生輻射及傳導EMI,然後發射更高頻率的射頻線,導致信號失真。
2.手機天線(TDMA脈衝)會發射射頻信號,此信號可被長線頭戴式耳機接收,導致音頻信號通路中EMI噪音。
GSM(全球通)手機標準使用頻分多路傳輸和時分多路傳輸,同時傳送大量電話,如圖3所示。
特定的手機隻在屬於它的時間空當發射。包絡信號的基本頻率是1/4.615 ms = 217Hz。諧波頻率為434Hz、651Hz等。如此頻率是聽得到的。如圖4所示,為手機的包絡信號。
結果
當手機與基站通訊,或兩個手機彼此接近時,發射脈衝通過擴音器,揚聲器,或頭戴式耳機線傳入音頻通路。見圖5,結果是音頻質量大幅降低。

濾波器
EMI濾波器盡可能地接近EMI幹擾的切入點,這樣盡可能保證音頻質量。如圖6。

濾波器的選擇應根據它的帶寬,截止頻率及阻帶抑製特點。另一創建高質量聲音的因素是總諧波失真度(THD)。不好的THD可毀壞其它極好的音頻係統的聲音質量。比較理想的是:EMI濾波器的THD值好於最弱的信號鏈。
具有代表性的特點:
1.800-2480 MHz頻率帶的阻帶衰減不小於-25 dB
2.10-800 MHz頻率帶的阻帶衰減不小於-20dB
3.MIC線不小於-70 dB (A) THD+N (0.03%),可提供高質量音頻。
考慮電路板空間,手機集成了越來越多的多媒體功能,例如:GPS,MP3,FM,藍牙,及DVB-H。這些功能均要求額外的電路板空間。設計者必須為ESD及EMI解決方案擠出空間。
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三種解決方案的比較
市場中的一些解決方案並沒有提供完善的方法。圖7中有三種可能的解決方案。

離散解決方案
這種解決方案采用24個分立部件,組成ESD抑製器和EMI濾波器。此方案不是最優化。它工作的費用和可靠性受24個分立部件製約。
低溫共燒陶瓷(LTCC)和變阻器解決方案
低溫共燒陶瓷(LTCC)EMI濾波器可以很好地完成濾波需求。但是,變阻器具有高的箝位電壓(最大VCL > 100 V),因而沒有提供最優化的靈敏亞微型芯片ESD保護。
集成被動和主動設備
這一技術將保護二極管和被動元件相結合,如集成電路矽芯片中的電阻和高密度電容。與前兩個解決方案比較,IPAD解決方案的優點如下:
1.可完成所有ESD抑製和EMI濾波器需求。
2.可節省大量的電路板空間(大約78%)
3. 因使用天然矽設備,可提供更顯著的可靠性和更低的運作成本。
結論
這篇文章介紹了手機音頻界麵中ESD和EMI的起因及潛在結果,並大致講述了ESD抑製及EMI濾波器的需求。比較可用的集成ESD保護及EMI濾波器的解決方案,可提供最好的ESD保護(最低的VCL)及最好的阻帶衰減,還可提供其他有利條件,例如:更好的可靠性和更低的運作費用。這些是ESD威脅距離設備約一米測試的。
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