Bài viết này tìm hiểu ngắn gọn nguyên nhân và hậu quả của ESD và EMI trong hệ thống âm thanh di động. Sau đó thảo luận về việc sử dụng ESD chất ức chế và EMI bộ lọc để giảm thiểu các mối đe dọa này. Cuối cùng, nó so sánh ba giải pháp hiện tại. Vật liệu và công nghệ hiện đại đã dẫn đến sự xuất hiện thường xuyên của phóng tĩnh điện (ESD) và nhiễu điện từ (EMI), gây ra rủi ro đáng kể. Quần áo của chúng ta và những đồ vật chúng ta tiếp xúc có thể tạo ra tĩnh điện. Công nghệ số cũng tạo ra nhiễu điện từ. ESD có thể làm hỏng các linh kiện điện tử trong điện thoại di động. Mặc dù điện thoại có thể dễ dàng thay thế nhưng chúng có thể gây ra những tác hại đáng kể cho người dùng. Các nhà thiết kế mạch điện thoại phải đảm bảo thực hiện các biện pháp cần thiết để loại bỏ thiệt hại ESD.

EMI trong mạch âm thanh có thể dẫn đến chất lượng âm thanh kém, kèm theo các vấn đề về âm thanh như tiếng rít, tiếng bốp và tiếng vo ve. Người dùng điện thoại di động không thể chịu đựng được sự can thiệp như vậy. Vì vậy, cần phải nỗ lực để lọc EMI trong các mạch âm thanh.

1. Phóng tĩnh điện (ESD): Nguyên nhân, hậu quả và cách khắc phục

1.1 Nguyên nhân

Tất cả chúng ta đều đã trải qua tác dụng của tĩnh điện. Chúng ta đã chứng kiến ​​điều đó qua tia sét kể từ thời tiền sử khi còn là cư dân trong hang động. Nó vẫn là một mối đe dọa đáng kể ngày nay và có mặt khắp nơi. Khi chải tóc bằng lược nhựa, chúng ta có thể quan sát thấy sự hình thành tĩnh điện. Nếu bạn đưa cánh tay của mình lại gần màn hình tivi, bạn có thể thấy lông trên cánh tay mình dựng đứng. Đây cũng là một ví dụ về hiệu ứng tĩnh điện.

Khi mở cửa ô tô và bước ra ngoài, bạn có thể gặp phải hiện tượng giật do phóng tĩnh điện. Khi nhà cửa và nơi làm việc ngày càng chứa đầy các thiết bị điện, tĩnh điện trở thành mối nguy hiểm thường trực. Những người tham gia sản xuất hoặc sửa chữa thiết bị điện sẽ bảo vệ bản thân và thiết bị làm việc của mình bằng cách nối đất, ngăn ngừa thương tích do phóng tĩnh điện từ thiết bị điện.

Hậu quả 1.2

Chúng ta có thể thấy sét đánh vào các tòa nhà và cây cối, thể hiện sức mạnh hủy diệt của nó. Ngay cả những phóng điện nhỏ cũng có thể làm hỏng các mạch điện tử nhạy cảm nếu khả năng bảo vệ ESD không tối ưu. Điện thoại di động có mức độ bảo vệ ESD nhất định. Các kết nối bên ngoài với mạch âm thanh là nguồn ESD phổ biến nhất. Chỉ cần cắm tai nghe hoặc loa có thể khiến điện thoại tiếp xúc với ESD.

1.3 Sự đàn áp

Giống như tất cả các sản phẩm, điện thoại di động phải được kiểm tra ESD theo IEC 61000-4-2 quy định. Quy định nêu rõ rằng điện thoại phải chịu được dòng điện 15 kV phóng điện qua không khí (thông qua mạng 330Ω/150 pF), tương đương với dòng điện 45 A kéo dài ít nhất 1 nano giây. Trong trường hợp này, điện thoại sẽ tiếp tục hoạt động mà không bị hỏng. Sự so sánh này đề cập đến một xung năng lượng cao và ESD thí nghiệm mô hình cơ thể người. Bảo vệ ESD bổ sung phải được thêm vào tại mỗi điểm vào ESD tiềm năng để bảo vệ chip chính. Nói chung, các thiết bị triệt tiêu ESD tạo ra các đầu ra có thể điều khiển được gọi là điện áp kẹp.

Hình bên dưới hiển thị đầu ra (điện áp kẹp) của thiết bị bảo vệ ESD trong sự kiện ESD.

2. Nhiễu điện từ (EMI) – Nguyên nhân, ảnh hưởng và bộ lọc

2.1 Nguyên nhân

Khi có dòng điện chạy qua, một từ trường được tạo ra xung quanh dây dẫn. Khi dòng điện thay đổi thì từ trường cũng thay đổi. Vì vậy, chỉ cần bật/tắt dòng điện cũng có thể gây ra những thay đổi trong từ trường. Những thay đổi trong từ trường này có thể tạo ra tín hiệu ở các dây dẫn gần đó. Đây là những nguyên tắc cơ bản của điện.

Cả điện gia dụng và điện công nghiệp đều sử dụng dòng điện xoay chiều có tần số 50Hz hoặc 60Hz. Những tần số này nằm trong phạm vi có thể nghe được. Khi dòng điện liên tục thay đổi, các dây dẫn gần đó có cùng tần số có thể tạo ra tín hiệu. Nếu bạn đã từng sử dụng hệ thống Hi-Fi có đầu phát và bộ khuếch đại riêng biệt và nếu khung của chúng không được kết nối với nhau, bạn có thể nghe thấy âm thanh vo ve.

Bây giờ, hãy xem xét những tín hiệu thay đổi liên tục trong thế giới điện tử ngày nay:
– Đầu vào/đầu ra của thiết bị âm thanh có thể tạo ra EMI thông qua bức xạ và dẫn truyền, sau đó phát ra tín hiệu tần số vô tuyến cao hơn, dẫn đến méo tín hiệu.
– Ăng-ten điện thoại di động (xung TDMA) phát ra tín hiệu tần số vô tuyến, tai nghe có dây dài có thể thu được, gây ra nhiễu EMI trong đường dẫn tín hiệu âm thanh.
GSM (Hệ thống truyền thông di động toàn cầu) sử dụng đa truy cập phân chia theo tần số và đa truy cập phân chia theo thời gian để truyền đồng thời nhiều cuộc gọi điện thoại, như minh họa trong sơ đồ bên dưới.

Điện thoại di động cụ thể chỉ ra mắt vào thời điểm thuộc về nó. Tần số cơ bản của tín hiệu gói là 1/4.615 ms = 217Hz. Tần số hài hòa là 434Hz, 651Hz, v.v. Tần số này có thể nghe được. Như thể hiện trong hình bên dưới, tín hiệu gói của điện thoại di động.

2.2 kết quả

Khi điện thoại di động liên lạc với trạm gốc hoặc hai điện thoại di động ở gần nhau, xung truyền sẽ truyền qua kênh âm thanh qua bộ khuếch đại, loa hoặc dây tai nghe tai nghe. Kết quả là chất lượng âm thanh giảm đáng kể.

2.3 Bộ lọc

Bộ lọc EMI phải càng gần điểm nhiễu EMI càng tốt để đảm bảo chất lượng âm thanh ở mức lớn nhất có thể.
Việc lựa chọn các bộ lọc phải dựa trên băng thông, tần số cắt và đặc tính suy giảm băng chặn của chúng. Một yếu tố khác trong việc tạo ra âm thanh chất lượng cao là độ méo hài tổng thể (THD). THD kém có thể phá hủy chất lượng âm thanh của một hệ thống âm thanh vốn đã xuất sắc. Lý tưởng nhất là giá trị THD của bộ lọc EMI phải tốt hơn giá trị THD của chuỗi tín hiệu yếu nhất.
Các đặc điểm đại diện bao gồm:
• Độ suy giảm dải tần tối thiểu -25 dB đối với dải tần 800-2480 MHz
• Độ suy giảm dải tần tối thiểu -20 dB đối với dải tần 10-800 MHz
• Dòng MIC có THD+N (0.03%) không dưới -70 dB(A), mang lại âm thanh chất lượng cao.
Xem xét không gian bảng mạch
Điện thoại di động ngày càng được tích hợp nhiều chức năng đa phương tiện hơn, chẳng hạn như GPS, MP3, FM, Bluetooth và DVB-H. Các chức năng này yêu cầu không gian bảng mạch bổ sung. Các nhà thiết kế phải dành không gian cho các giải pháp ESD và EMI.

3. So sánh ba giải pháp

3.1 Giải pháp rời rạc

Giải pháp này sử dụng 24 thành phần riêng biệt để tạo thành bộ triệt ESD và bộ lọc EMI. Tuy nhiên, giải pháp này không được tối ưu hóa do chi phí và độ tin cậy bị giới hạn bởi 24 thành phần riêng biệt.

3.2 Giải pháp gốm đồng nung nhiệt độ thấp (LTCC) và Varistor

Bộ lọc LTCC EMI có thể đáp ứng hiệu quả các yêu cầu lọc. Tuy nhiên, varistor có điện áp kẹp cao (VCL tối đa > 100V), không cung cấp khả năng bảo vệ tối ưu cho ESD chip sub-micron nhạy cảm.

3.3 Tích hợp thiết bị thụ động và chủ động

Công nghệ này kết hợp các điốt bảo vệ và các thành phần thụ động như điện trở và tụ điện mật độ cao trong các mạch tích hợp như chip silicon. So với hai giải pháp trước, ưu điểm của giải pháp IPAD như sau:
• Nó có thể đáp ứng tất cả các yêu cầu về lọc EMI và triệt tiêu ESD.
• Nó có thể tiết kiệm một lượng đáng kể không gian bảng mạch (khoảng 78%).
• Sử dụng các thiết bị silicon tự nhiên, nó mang lại độ tin cậy cao hơn và chi phí vận hành thấp hơn.

4. Phần kết luận

Bài viết này giới thiệu nguyên nhân và hậu quả tiềm ẩn của ESD và EMI trong giao diện âm thanh di động, đồng thời thảo luận ngắn gọn về các yêu cầu đối với việc triệt tiêu ESD và lọc EMI.

So sánh các giải pháp lọc EMI và bảo vệ ESD tích hợp sẵn có, nó có thể cung cấp khả năng bảo vệ ESD tốt nhất (VCL thấp nhất) và độ suy giảm dải tần tốt nhất, cũng như các điều kiện thuận lợi khác như độ tin cậy được cải thiện và chi phí vận hành thấp hơn.

Tags:ESD61000-2