Ovaj članak ukratko istražuje uzroke i posljedice ESD i EMI u mobilnim audio sustavima. Zatim se raspravlja o korištenju ESD supresori i EMI filtre za ublažavanje ovih prijetnji. Na kraju, uspoređuje tri trenutna rješenja. Suvremeni materijali i tehnologije doveli su do česte pojave elektrostatičko pražnjenje (ESD) i elektromagnetske smetnje (EMI), koji predstavljaju značajne rizike. Naša odjeća i predmeti s kojima dolazimo u kontakt mogu generirati statički elektricitet. Digitalna tehnologija također stvara elektromagnetske smetnje. ESD može oštetiti elektroničke komponente u mobilnim telefonima. Iako su telefoni lako zamjenjivi, mogu uzrokovati značajnu štetu korisnicima. Dizajneri telefonskih sklopova moraju osigurati poduzimanje potrebnih mjera za uklanjanje ESD oštećenje.

EMI u audio krugovima može rezultirati lošom kvalitetom zvuka, sa zvučnim problemima kao što su šištanje, pucanje i zujanje. Korisnici mobilnih telefona ne mogu tolerirati takve smetnje. Stoga se moraju uložiti napori da se filtriraju EMI u audio krugovima.

1. Elektrostatičko pražnjenje (ESD): uzroci, posljedice i suzbijanje

1.1 uzroka

Svi smo iskusili učinke statičkog elektriciteta. Svjedoci smo toga u munjama još od prapovijesnih dana kao stanovnici pećina. I danas predstavlja značajnu prijetnju i sveprisutan je. Kada češljamo kosu plastičnim češljem, možemo promatrati stvaranje statičkog naboja. Približite li ruku televizijskom ekranu, vidjet ćete kako vam se dlake na ruci dižu. Ovo je također primjer učinka statičkog elektriciteta.

Kada otvorite vrata automobila i izađete, možete doživjeti šok, koji dolazi od statičkog pražnjenja. Kako su domovi i radna mjesta sve više puni električnih uređaja, statički elektricitet postaje stalna opasnost. Ljudi uključeni u proizvodnju ili popravak električne opreme štite sebe i svoju radnu opremu uzemljenjem, sprječavajući ozljede uzrokovane statičkim pražnjenjima iz električne opreme.

Posljedice 1.2-a

Možemo vidjeti kako munje udaraju u zgrade i drveće, pokazujući njihovu razornu moć. Čak i mala pražnjenja mogu oštetiti osjetljive elektroničke sklopove ako ESD zaštita nije optimalna. Mobilni telefoni imaju određenu razinu ESD zaštite. Vanjski priključci na audio krugove najčešći su izvor ESD-a. Jednostavno priključivanje slušalica ili zvučnika može potencijalno izložiti telefon ESD-u.

1.3 Suzbijanje

Kao i svi proizvodi, mobilni telefoni moraju biti testirani ESD prema IEC 61000-4-2 propisi. Propis određuje da telefon treba izdržati 15 kV zračnog pražnjenja (kroz mrežu 330Ω/150 pF), što je približno ekvivalentno struji od 45 A koja traje najmanje 1 nanosekundu. U ovom scenariju, telefon bi trebao nastaviti raditi bez oštećenja. Ova se usporedba odnosi na visokoenergetski puls i ESD eksperiment modela ljudskog tijela. Dodatna ESD zaštita mora se dodati na svaku potencijalnu ESD ulaznu točku kako bi se zaštitio glavni čip. Općenito, uređaji za suzbijanje ESD-a generiraju kontrolirane izlaze poznate kao naponi stezanja.

Donja slika prikazuje izlaz (napon stezaljke) ESD zaštitnog uređaja u slučaju ESD-a.

2. Elektromagnetske smetnje (EMI) – uzroci, posljedice i filtri

2.1 uzroka

Kada struja teče, oko vodiča se stvara magnetsko polje. Kada se struja mijenja, mijenja se i magnetsko polje. Stoga jednostavno uključivanje/isključivanje struje može uzrokovati promjene u magnetskom polju. Ove promjene u magnetskom polju mogu inducirati signale u obližnjim vodičima. Ovo su osnovni principi električne energije.

Električna energija za kućanstvo i industriju koristi izmjeničnu struju s frekvencijama od 50 Hz ili 60 Hz. Ove frekvencije su unutar čujnog raspona. Budući da se struja neprestano mijenja, obližnji vodiči iste frekvencije mogu proizvoditi signale. Ako ste ikada koristili Hi-Fi sustav s odvojenim reproduktorima i pojačalima, a njihova kućišta nisu spojena zajedno, mogli biste čuti zujanje.

Razmotrimo sada signale koji se neprestano mijenjaju u današnjem elektroničkom svijetu:
– Ulaz/izlaz audio uređaja može generirati EMI putem zračenja i kondukcije, koji zatim emitiraju radiofrekventne signale više frekvencije, što dovodi do izobličenja signala.
– Antene mobilnih telefona (TDMA impulsi) emitiraju radiofrekventne signale, koje mogu primiti slušalice s dugim žicama, uzrokujući EMI šum na putu audio signala.
GSM (Globalni sustav za mobilne komunikacije) koristi višestruki pristup s frekvencijskom podjelom i višestruki pristup s vremenskom podjelom za simultani prijenos brojnih telefonskih poziva, kao što je prikazano na donjem dijagramu.

Određeni mobilni telefoni pokreću se samo u vrijeme koje mu pripada. Osnovna frekvencija signala paketa je 1 / 4.615 ms = 217Hz. Frekvencija harmonije je 434Hz, 651Hz, itd. Ova se frekvencija može čuti. Kao što je prikazano na donjoj slici, signal paketa mobilnog telefona.

Rezultat 2.2

Kada mobilni telefon komunicira s baznom stanicom ili su dva mobilna telefona blizu jedan drugome, prijenosni impuls prolazi kroz audio kanal kroz pojačalo, zvučnik ili žicu slušalice. Kao rezultat toga, kvaliteta zvuka značajno se smanjila.

2.3 Filtri

EMI filtri trebaju biti što bliže točki u koju ulaze EMI smetnje, kako bi se osigurala kvaliteta zvuka u najvećoj mogućoj mjeri.
Odabir filtara trebao bi se temeljiti na njihovoj propusnosti, graničnoj frekvenciji i karakteristikama prigušenja u pojasu zaustavljanja. Još jedan čimbenik u stvaranju visokokvalitetnog zvuka je potpuno harmonično izobličenje (THD). Loš THD može uništiti kvalitetu zvuka inače izvrsnog audio sustava. U idealnom slučaju, THD vrijednost EMI filtera trebala bi biti bolja od one najslabijeg lanca signala.
Reprezentativne karakteristike uključuju:
• Prigušenje u pojasu zaustavljanja od najmanje -25 dB za frekvencijski pojas od 800-2480 MHz
• Prigušenje u pojasu zaustavljanja od najmanje -20 dB za frekvencijski pojas od 10-800 MHz
• MIC linija s THD+N (0.03%) ne manjim od -70 dB(A), pružajući zvuk visoke kvalitete.
Razmotrite prostor na tiskanoj ploči
Mobilni telefoni uključuju sve više i više multimedijskih funkcija, kao što su GPS, MP3, FM, Bluetooth i DVB-H. Ove funkcije zahtijevaju dodatni prostor na tiskanoj ploči. Dizajneri moraju napraviti mjesta za ESD i EMI rješenja.

3. Usporedba triju rješenja

3.1 Diskretno rješenje

Ovo rješenje koristi 24 diskretne komponente za formiranje ESD supresora i EMI filtera. Međutim, ovo rješenje nije optimizirano jer su cijena i pouzdanost ograničeni s 24 diskretne komponente.

3.2 Niskotemperaturno zajedničko pečenje keramike (LTCC) i rješenje varistora

LTCC EMI filter može učinkovito ispuniti zahtjeve za filtriranje. Međutim, varistor ima visok napon stezanja (maksimalni VCL > 100 V), koji ne pruža optimiziranu zaštitu za ESD osjetljivog submikronskog čipa.

3.3 Integrirani pasivni i aktivni uređaji

Ova tehnologija kombinira zaštitne diode i pasivne komponente, kao što su otpornici i kondenzatori visoke gustoće, u integriranim krugovima poput silicijskih čipova. U usporedbi s prethodna dva rješenja, prednosti IPAD rješenja su sljedeće:
• Može ispuniti sve zahtjeve za suzbijanje ESD-a i EMI filtriranje.
• Može uštedjeti značajnu količinu prostora na tiskanoj ploči (otprilike 78%).
• Korištenje uređaja od prirodnog silicija osigurava značajniju pouzdanost i niže troškove rada.

4. Zaključak

Ovaj članak predstavlja uzroke i potencijalne posljedice ESD-a i EMI-a u mobilnim audio sučeljima i ukratko raspravlja o zahtjevima za suzbijanje ESD-a i EMI filtriranje.

Uspoređujući dostupnu integriranu ESD zaštitu i rješenja za EMI filtriranje, može pružiti najbolju ESD zaštitu (najniži VCL) i najbolje prigušenje u pojasu zaustavljanja, kao i druge povoljne uvjete kao što su poboljšana pouzdanost i niži operativni troškovi.

Oznake:ESD61000-2