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如何解決手機(jī)中ESD和EMI干擾?

發(fā)布時(shí)間:2014-08-07 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】這篇文章簡要地探討了手機(jī)音頻系統(tǒng)中ESD及EMI的起因及結(jié)果。接著研討了ESD干擾抑制器和EMI濾波器的使用,以避免這些威脅。最后,比較了當(dāng)前三種解決方案。
 
現(xiàn)代材料和技術(shù)引起靜電放電(ESD)和電磁干擾(EMI),并成為經(jīng)常存在的危險(xiǎn)。我們的穿著和我們接觸的物品會(huì)引起靜電放電。數(shù)字技術(shù)已有電磁干擾。靜電放電會(huì)破壞手機(jī)里的電子部件。手機(jī)容易替換,但對用戶的傷害很大。手機(jī)電路設(shè)計(jì)者必須確保采取必要的措施,以消除ESD的破壞。
 
在音頻電路中如有電磁干擾(EMI),會(huì)出現(xiàn)嘶嘶、噼啪、嗡嗡等聲音,聲音質(zhì)量很差。手機(jī)用戶無法忍受這樣的干擾。因此,必須設(shè)法過濾音頻電路的電磁干擾。
 
靜電放電——起因、結(jié)果和抑制
 
起因
 
差不多每個(gè)人都經(jīng)歷過靜電流的影響。當(dāng)我們還是史前石器時(shí)代的穴居人時(shí),我們已在閃電中見到過它。當(dāng)然,它今天仍是重大的威脅,各處都有。用塑料梳子梳頭,可看到靜電荷的產(chǎn)生。將你的手臂靠近電視機(jī)的屏幕,你會(huì)看到你手臂上的汗毛豎起來。這也是靜電效應(yīng)。
 
當(dāng)你打開車門,從你的車中走出,你也許會(huì)感受到一陣電擊,它來自靜電釋放。隨著家里和工作地點(diǎn)擁有越來越多的電器設(shè)備,靜電已是一種持續(xù)的危險(xiǎn)。制造或維修電氣設(shè)備的人們要保護(hù)自己和工作用的設(shè)備,他們將自己與設(shè)備連接,用以避免電器設(shè)備靜電放電造成的傷害。
 
結(jié)論
 
我們能看到閃電打擊建筑物和樹,它具有破壞力。如果電子電路的ESD保護(hù)不是最優(yōu),即使是很少的放電,也會(huì)破壞靈敏的電子電路,這是人們已探測到的。手機(jī)具有一定的ESD保護(hù)。音頻電路的外部連接是ESD最常見的來源。簡單地插入耳機(jī)及擴(kuò)音器,這也許意味著手機(jī)將受ESD的影響。
 
如圖1所示,電子部件受ESD影響時(shí),會(huì)發(fā)生什么?會(huì)產(chǎn)生一個(gè)細(xì)微的孔,氧化物將侵?jǐn)_部件。
電子部件受ESD影響
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抑制
 
與所有的商品相同,手機(jī)必須根據(jù)IEC61000-4-2條例鑒定其ESD。條例規(guī)定:手機(jī)可抵抗15kV空氣放電(通過330Ω/150pF),即大約不小于1毫微秒穿過45A電流。在這種情況下,手機(jī)應(yīng)能繼續(xù)工作,沒有被破壞。上述是一個(gè)高能量脈沖與ESD人體模型實(shí)驗(yàn)的比較情況。為了保護(hù)主芯片,在每一潛在的ESD入口點(diǎn)都必須添加額外的ESD保護(hù)。一般來說,抑制ESD的設(shè)備生成可控輸出,稱作箝位電壓。
一次ESD事件中,ESD保護(hù)設(shè)備的輸出(箝位電壓)
圖2所示的是一次ESD事件中,ESD保護(hù)設(shè)備的輸出(箝位電壓)
 
電磁干擾EMI——起因、結(jié)果及濾波器
 
起因
 
電流流動(dòng),在導(dǎo)體周圍產(chǎn)生磁場。電流變化,磁場會(huì)隨之變化。所以,簡單地開關(guān)電流,即會(huì)產(chǎn)生磁場的變化。磁場的變化可引發(fā)附近其他導(dǎo)體產(chǎn)生信號(hào)。上述是基本的電學(xué)原理。
 
家庭用電和工業(yè)用電均使用50Hz或60Hz交流電。這是聽得見的頻率范圍。電流持續(xù)不斷地變化,附近相同頻率的導(dǎo)體將產(chǎn)生信號(hào)。如果你使用過Hi-Fi,使用獨(dú)立的播放器和擴(kuò)音器,而同時(shí)它們底盤未連接在一起,你將聽到嗡嗡聲。
 
思考當(dāng)今電子世界,到處信號(hào)持續(xù)不斷地變化:
 
·音頻的輸入/輸出能產(chǎn)生輻射及傳導(dǎo)EMI,然后發(fā)射更高頻率的射頻線,導(dǎo)致信號(hào)失真。
 
·手機(jī)天線(TDMA脈沖)會(huì)發(fā)射射頻信號(hào),此信號(hào)可被長線頭戴式耳機(jī)接收,導(dǎo)致音頻信號(hào)通路中EMI噪音。
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GSM(全球通)手機(jī)標(biāo)準(zhǔn)使用頻分多路傳輸和時(shí)分多路傳輸,同時(shí)傳送大量電話,如圖3所示。
手機(jī)標(biāo)準(zhǔn)使用頻分多路傳輸和時(shí)分多路傳輸
特定的手機(jī)只在屬于它的時(shí)間空當(dāng)發(fā)射。包絡(luò)信號(hào)的基本頻率是1/4.615ms=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(jī)的包絡(luò)信號(hào)。
為手機(jī)的包絡(luò)信號(hào)
為手機(jī)的包絡(luò)信號(hào)
結(jié)果
 
當(dāng)手機(jī)與基站通訊,或兩個(gè)手機(jī)彼此接近時(shí),發(fā)射脈沖通過擴(kuò)音器,揚(yáng)聲器,或頭戴式耳機(jī)線傳人音頻通路。見圖5。結(jié)果是音頻質(zhì)量大幅降低。
結(jié)果是音頻質(zhì)量大幅降低
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