บทความนี้จะสำรวจสาเหตุและผลที่ตามมาโดยสังเขป ESD และ อีเอ็มไอ ในระบบเสียงเคลื่อนที่ จากนั้นจะกล่าวถึงการใช้งานของ ESD ตัวระงับและ อีเอ็มไอ ตัวกรองเพื่อบรรเทาภัยคุกคามเหล่านี้ สุดท้ายจะเปรียบเทียบโซลูชันปัจจุบันสามโซลูชัน วัสดุและเทคโนโลยีที่ทันสมัยได้นำไปสู่การเกิดขึ้นบ่อยครั้งของ การคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) และ การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI)ซึ่งก่อให้เกิดความเสี่ยงที่สำคัญ เสื้อผ้าและวัตถุที่เราสัมผัสสามารถทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตได้ เทคโนโลยีดิจิทัลก็เกิดขึ้นเช่นกัน สัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า- ESD สามารถสร้างความเสียหายให้กับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ในโทรศัพท์มือถือได้ แม้ว่าโทรศัพท์จะเปลี่ยนได้ง่าย แต่ก็อาจก่อให้เกิดอันตรายร้ายแรงต่อผู้ใช้ได้ ผู้ออกแบบวงจรโทรศัพท์จะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ดำเนินมาตรการที่จำเป็นเพื่อกำจัด ความเสียหายจาก ESD.

EMI ในวงจรเสียงอาจส่งผลให้คุณภาพเสียงไม่ดี โดยมีปัญหาด้านเสียง เช่น เสียงฟู่ เสียงป๊อป และเสียงฮัม ผู้ใช้โทรศัพท์มือถือไม่สามารถทนต่อการรบกวนดังกล่าวได้ ดังนั้นจึงต้องมีความพยายามในการกรอง EMI ในวงจรเสียง

1. การคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD): สาเหตุ ผลที่ตามมา และการปราบปราม

1.1 สาเหตุ

เราทุกคนต่างเคยประสบกับผลกระทบของไฟฟ้าสถิตมาแล้ว เราได้เห็นมันในสายฟ้าแลบมาตั้งแต่สมัยก่อนประวัติศาสตร์ในฐานะชาวถ้ำ มันยังคงเป็นภัยคุกคามที่สำคัญในปัจจุบันและแพร่หลาย เมื่อหวีผมด้วยหวีพลาสติก เราจะสังเกตการเกิดประจุไฟฟ้าสถิตได้ หากคุณยกแขนเข้าใกล้จอโทรทัศน์ คุณจะเห็นขนบนแขนของคุณยืนขึ้น นี่เป็นตัวอย่างของผลกระทบจากไฟฟ้าสถิตด้วย

เมื่อคุณเปิดประตูรถและก้าวออกไป คุณอาจประสบกับอาการไฟฟ้าช็อตซึ่งมาจากการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิต เนื่องจากบ้านและที่ทำงานเต็มไปด้วยเครื่องใช้ไฟฟ้ามากขึ้น ไฟฟ้าสถิตจึงกลายเป็นอันตรายอย่างต่อเนื่อง ผู้ที่เกี่ยวข้องในการผลิตหรือซ่อมแซมอุปกรณ์ไฟฟ้าจะป้องกันตนเองและอุปกรณ์ในการทำงานด้วยการต่อสายดิน ป้องกันการบาดเจ็บที่เกิดจากการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตจากอุปกรณ์ไฟฟ้า

1.2 ผลที่ตามมา

เราสามารถมองเห็นอาคารและต้นไม้ที่ถูกฟ้าผ่าซึ่งแสดงให้เห็นถึงพลังทำลายล้างของมัน แม้แต่การปล่อยประจุเพียงเล็กน้อยก็สามารถสร้างความเสียหายให้กับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อนได้ หากการป้องกัน ESD ไม่เหมาะสมที่สุด โทรศัพท์มือถือมีการป้องกัน ESD ในระดับหนึ่ง การเชื่อมต่อภายนอกกับวงจรเสียงเป็นแหล่งของ ESD ที่พบบ่อยที่สุด เพียงเสียบหูฟังหรือลำโพงอาจทำให้โทรศัพท์สัมผัสกับ ESD ได้

1.3 การปราบปราม

เช่นเดียวกับผลิตภัณฑ์อื่นๆ โทรศัพท์มือถือจะต้องได้รับการทดสอบ ESD ตาม IEC 61000-4-2 กฎระเบียบ กฎระเบียบระบุว่าโทรศัพท์ควรทนทานต่อการปล่อยอากาศออกได้ 15 kV (ผ่านเครือข่าย 330Ω/150 pF) ซึ่งเทียบเท่ากับกระแสไฟ 45 A โดยประมาณซึ่งยาวนานอย่างน้อย 1 นาโนวินาที ในสถานการณ์สมมตินี้ โทรศัพท์ควรทำงานต่อไปได้โดยไม่เกิดความเสียหาย การเปรียบเทียบนี้หมายถึงพัลส์พลังงานสูงและ ESD การทดลองแบบจำลองร่างกายมนุษย์ ต้องเพิ่มการป้องกัน ESD เพิ่มเติมที่จุดเริ่มต้น ESD ที่เป็นไปได้แต่ละจุดเพื่อปกป้องชิปหลัก โดยทั่วไป อุปกรณ์สำหรับปราบปราม ESD จะสร้างเอาต์พุตที่ควบคุมได้ซึ่งเรียกว่าแรงดันแคลมป์

รูปด้านล่างแสดงเอาต์พุต (แรงดันแคลมป์) ของอุปกรณ์ป้องกัน ESD ในเหตุการณ์ ESD

2. การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) - สาเหตุ ผลกระทบ และตัวกรอง

2.1 สาเหตุ

เมื่อกระแสไหล สนามแม่เหล็กจะถูกสร้างขึ้นรอบๆ ตัวนำ เมื่อกระแสเปลี่ยน สนามแม่เหล็กก็เปลี่ยนด้วย ดังนั้นเพียงการเปิด/ปิดกระแสไฟฟ้าก็สามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กได้ การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กเหล่านี้สามารถกระตุ้นให้เกิดสัญญาณในตัวนำใกล้เคียงได้ นี่คือหลักการพื้นฐานของไฟฟ้า

ไฟฟ้าในครัวเรือนและอุตสาหกรรมใช้ไฟฟ้ากระแสสลับที่มีความถี่ 50Hz หรือ 60Hz ความถี่เหล่านี้อยู่ในช่วงที่ได้ยิน เมื่อกระแสเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง ตัวนำที่อยู่ใกล้เคียงซึ่งมีความถี่เท่ากันจะสามารถสร้างสัญญาณได้ หากคุณเคยใช้ระบบ Hi-Fi ที่มีเครื่องเล่นและเครื่องขยายเสียงแยกกัน และหากไม่ได้เชื่อมต่อแชสซีเข้าด้วยกัน คุณอาจได้ยินเสียงฮัม

ตอนนี้ ลองพิจารณาสัญญาณที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาในโลกอิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน:
– อินพุต/เอาต์พุตของอุปกรณ์เสียงสามารถสร้าง EMI ผ่านการแผ่รังสีและการนำไฟฟ้า ซึ่งจะปล่อยสัญญาณความถี่วิทยุความถี่ที่สูงกว่า ส่งผลให้สัญญาณผิดเพี้ยน
– เสาอากาศโทรศัพท์มือถือ (พัลส์ TDMA) ปล่อยสัญญาณความถี่วิทยุ ซึ่งหูฟังแบบมีสายยาวสามารถรับได้ ทำให้เกิดสัญญาณรบกวน EMI ในเส้นทางสัญญาณเสียง
GSM (ระบบสากลสำหรับการสื่อสารเคลื่อนที่) ใช้การแบ่งความถี่หลายการเข้าถึงและการแบ่งเวลาหลายการเข้าถึงเพื่อส่งสายโทรศัพท์จำนวนมากพร้อมกัน ดังแสดงในแผนภาพด้านล่าง

โทรศัพท์มือถือบางรุ่นเปิดตัวเฉพาะเวลาที่เป็นเจ้าของเท่านั้น ความถี่พื้นฐานของสัญญาณแพ็คเกจคือ 1 / 4.615 ms = 217Hz ความถี่ฮาร์โมนีคือ 434Hz, 651Hz เป็นต้น ความถี่นี้สามารถได้ยินได้ ดังภาพด้านล่างสัญญาณแพ็กเกจของโทรศัพท์มือถือ

ผลลัพธ์ 2.2

เมื่อโทรศัพท์มือถือสื่อสารกับสถานีฐาน หรือโทรศัพท์มือถือทั้งสองเครื่องอยู่ใกล้กัน พัลส์ที่ส่งสัญญาณจะผ่านช่องสัญญาณเสียงผ่านเครื่องขยายเสียง ลำโพง หรือสายชุดหูฟัง ส่งผลให้คุณภาพเสียงลดลงอย่างมาก

ตัวกรอง 2.3

ตัวกรอง EMI ควรอยู่ใกล้กับจุดที่สัญญาณรบกวน EMI เข้ามามากที่สุด เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพเสียงในขอบเขตสูงสุดที่เป็นไปได้
การเลือกตัวกรองควรขึ้นอยู่กับแบนด์วิธ ความถี่คัตออฟ และลักษณะการลดทอนของแถบสต็อปแบนด์ ปัจจัยอีกประการหนึ่งในการสร้างเสียงคุณภาพสูงก็คือความเพี้ยนฮาร์โมนิกรวม (THD) THD ที่ไม่ดีสามารถทำลายคุณภาพเสียงของระบบเสียงที่ยอดเยี่ยมได้ ตามหลักการแล้ว ค่า THD ของตัวกรอง EMI ควรดีกว่าค่าของห่วงโซ่สัญญาณที่อ่อนแอที่สุด
ลักษณะตัวแทน ได้แก่ :
• การลดทอนสัญญาณ Stopband อย่างน้อย -25 dB สำหรับย่านความถี่ 800-2480 MHz
• การลดทอนสัญญาณ Stopband อย่างน้อย -20 dB สำหรับย่านความถี่ 10-800 MHz
• สาย MIC ที่มี THD+N (0.03%) ไม่น้อยกว่า -70 dB(A) ให้เสียงคุณภาพสูง
พิจารณาพื้นที่แผงวงจร
โทรศัพท์มือถือมีฟังก์ชันมัลติมีเดียเพิ่มมากขึ้น เช่น GPS, MP3, FM, Bluetooth และ DVB-H ฟังก์ชั่นเหล่านี้ต้องการพื้นที่แผงวงจรเพิ่มเติม นักออกแบบจะต้องสร้างพื้นที่สำหรับโซลูชัน ESD และ EMI

3. การเปรียบเทียบสามวิธีแก้ปัญหา

3.1 โซลูชันแบบแยกส่วน

โซลูชันนี้ใช้ส่วนประกอบที่แยกจากกัน 24 ชิ้นเพื่อสร้างตัวป้องกัน ESD และตัวกรอง EMI อย่างไรก็ตาม โซลูชันนี้ไม่ได้รับการปรับให้เหมาะสม เนื่องจากต้นทุนและความน่าเชื่อถือถูกจำกัดด้วยส่วนประกอบแยก 24 ชิ้น

3.2 เซรามิกเผาร่วมอุณหภูมิต่ำ (LTCC) และสารละลายวาริสเตอร์

ตัวกรอง LTCC EMI สามารถตอบสนองความต้องการการกรองได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม วาริสเตอร์มีแรงดันไฟฟ้าในการจับยึดสูง (VCL สูงสุด > 100V) ซึ่งไม่ได้ให้การป้องกันที่เหมาะสมที่สุดสำหรับ ESD ของชิปขนาดย่อยไมครอนที่มีความละเอียดอ่อน

3.3 อุปกรณ์แบบพาสซีฟและแอคทีฟแบบรวม

เทคโนโลยีนี้รวมไดโอดป้องกันและส่วนประกอบแบบพาสซีฟ เช่น ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุความหนาแน่นสูง ในวงจรรวม เช่น ชิปซิลิคอน เมื่อเปรียบเทียบกับสองโซลูชันก่อนหน้านี้ ข้อดีของโซลูชัน IPAD มีดังนี้:
• สามารถตอบสนองข้อกำหนดในการปราบปราม ESD และการกรอง EMI ทั้งหมด
• สามารถประหยัดพื้นที่แผงวงจรได้มาก (ประมาณ 78%)
• การใช้อุปกรณ์ซิลิกอนธรรมชาติ ช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือและลดต้นทุนการดำเนินงาน

4 ข้อสรุป

บทความนี้จะแนะนำสาเหตุและผลที่ตามมาที่อาจเกิดขึ้นของ ESD และ EMI ในอินเทอร์เฟซเสียงบนมือถือ และอธิบายโดยย่อเกี่ยวกับข้อกำหนดสำหรับการปราบปราม ESD และการกรอง EMI

เมื่อเปรียบเทียบการป้องกัน ESD แบบบูรณาการและโซลูชันการกรอง EMI ที่มีอยู่ พบว่าสามารถให้การป้องกัน ESD ที่ดีที่สุด (VCL ต่ำสุด) และการลดทอนแถบหยุดที่ดีที่สุด รวมถึงเงื่อนไขที่เป็นประโยชน์อื่นๆ เช่น ความน่าเชื่อถือที่ดีขึ้นและต้นทุนการดำเนินงานที่ลดลง

Tags:ESD61000-2