Cet article explore brièvement les causes et les conséquences de ESD ainsi que EMI dans les systèmes audio mobiles. Il discute ensuite de l'utilisation de ESD suppresseurs et EMI filtres pour atténuer ces menaces. Enfin, il compare trois solutions actuelles. Les matériaux et technologies modernes ont conduit à l'apparition fréquente de décharge électrostatique (ESD) ainsi que interférences électromagnétiques (EMI), qui présentent des risques importants. Nos vêtements et les objets avec lesquels nous sommes en contact peuvent générer de l’électricité statique. Le numérique génère également interférence électromagnétique. L'ESD peut endommager les composants électroniques des téléphones mobiles. Bien que les téléphones soient facilement remplaçables, ils peuvent causer des dommages importants aux utilisateurs. Les concepteurs de circuits téléphoniques doivent s'assurer que les mesures nécessaires sont prises pour éliminer Dommages ESD.

Les interférences électromagnétiques dans les circuits audio peuvent entraîner une mauvaise qualité sonore, avec des problèmes audibles tels que des sifflements, des craquements et des bourdonnements. Les utilisateurs de téléphones portables ne peuvent tolérer de telles interférences. Par conséquent, des efforts doivent être faits pour filtrer les EMI dans les circuits audio.

1. Décharge électrostatique (DES) : causes, conséquences et suppression

Causes de 1.1

Nous avons tous subi les effets de l'électricité statique. Nous en avons été témoins sous forme d'éclairs depuis nos jours préhistoriques en tant qu'habitants des cavernes. Elle reste aujourd’hui une menace importante et omniprésente. En peignant nos cheveux avec un peigne en plastique, nous pouvons observer la génération de charges statiques. Si vous rapprochez votre bras d’un écran de télévision, vous pourrez voir les poils de votre bras se dresser. C'est également un exemple de l'effet de l'électricité statique.

Lorsque vous ouvrez la portière d’une voiture et en sortez, vous pourriez ressentir un choc dû à une décharge statique. Alors que les maisons et les lieux de travail sont de plus en plus remplis d’appareils électriques, l’électricité statique devient un danger constant. Les personnes impliquées dans la fabrication ou la réparation d'équipements électriques se protègent ainsi que leurs équipements de travail en se mettant à la terre, évitant ainsi les blessures causées par les décharges statiques des équipements électriques.

Conséquences de 1.2

On peut voir la foudre frapper des bâtiments et des arbres, démontrant son pouvoir destructeur. Même de petites décharges peuvent endommager les circuits électroniques sensibles si la protection ESD n'est pas optimale. Les téléphones mobiles disposent d'un certain niveau de protection ESD. Les connexions externes aux circuits audio sont la source la plus courante d’ESD. Le simple fait de brancher des écouteurs ou des haut-parleurs peut potentiellement exposer le téléphone aux décharges électrostatiques.

1.3 Suppression

Comme tous les produits, les téléphones mobiles doivent être testés ESD selon IEC 61000-4-2 règlements. La réglementation précise qu'un téléphone doit résister à une décharge dans l'air de 15 kV (via un réseau de 330 Ω/150 pF), ce qui équivaut approximativement à un courant de 45 A durant au moins 1 nanoseconde. Dans ce scénario, le téléphone devrait continuer à fonctionner sans être endommagé. Cette comparaison fait référence à une impulsion à haute énergie et au ESD expérience sur un modèle de corps humain. Une protection ESD supplémentaire doit être ajoutée à chaque point d’entrée ESD potentiel pour protéger la puce principale. En général, les dispositifs de suppression ESD génèrent des sorties contrôlables appelées tensions de serrage.

La figure ci-dessous montre la sortie (tension de serrage) du dispositif de protection ESD lors d'un événement ESD.

2. Interférences électromagnétiques (EMI) – Causes, effets et filtres

Causes de 2.1

Lorsque le courant circule, un champ magnétique est produit autour d’un conducteur. Lorsque le courant change, le champ magnétique change également. Par conséquent, le simple fait d’allumer/éteindre le courant peut provoquer des modifications du champ magnétique. Ces changements dans le champ magnétique peuvent induire des signaux dans les conducteurs proches. Ce sont les principes de base de l’électricité.

L’électricité domestique et industrielle utilise du courant alternatif avec des fréquences de 50 Hz ou 60 Hz. Ces fréquences se situent dans la plage audible. À mesure que le courant change continuellement, les conducteurs proches ayant la même fréquence peuvent produire des signaux. Si vous avez déjà utilisé une chaîne Hi-Fi avec lecteurs et amplificateurs séparés, et si leurs châssis ne sont pas connectés entre eux, vous pourrez entendre un bourdonnement.

Considérons maintenant les signaux en constante évolution dans le monde électronique d'aujourd'hui :
– L'entrée/sortie des appareils audio peut générer des EMI par rayonnement et conduction, qui émettent ensuite des signaux radiofréquences de plus haute fréquence, entraînant une distorsion du signal.
– Les antennes de téléphone portable (impulsions TDMA) émettent des signaux radiofréquence, qui peuvent être reçus par des écouteurs à fil long, provoquant du bruit EMI dans le chemin du signal audio.
Le GSM (Global System for Mobile Communications) utilise l'accès multiple par répartition en fréquence et l'accès multiple par répartition dans le temps pour transmettre simultanément de nombreux appels téléphoniques, comme le montre le schéma ci-dessous.

Les téléphones mobiles spécifiques ne se lancent qu'au moment qui leur appartient. La fréquence de base du signal du package est de 1/4.615 ms = 217 Hz. La fréquence d'harmonie est de 434 Hz, 651 Hz, etc. Cette fréquence peut être entendue. Comme le montre la figure ci-dessous, le signal du paquet du téléphone mobile.

Résultat 2.2

Lorsque le téléphone mobile communique avec la station de base ou que les deux téléphones mobiles sont proches l'un de l'autre, l'impulsion de transmission passe par le canal audio via l'amplificateur, le haut-parleur ou le fil du casque. En conséquence, la qualité audio a considérablement diminué.

Filtres 2.3

Les filtres EMI doivent être aussi proches que possible du point d'entrée des interférences EMI, afin de garantir la meilleure qualité audio possible.
Le choix des filtres doit être basé sur leurs caractéristiques de bande passante, de fréquence de coupure et d'atténuation de bande d'arrêt. Un autre facteur permettant de créer un son de haute qualité est la distorsion harmonique totale (THD). Un mauvais THD peut détruire la qualité sonore d’un système audio par ailleurs excellent. Idéalement, la valeur THD des filtres EMI devrait être meilleure que celle de la chaîne de signal la plus faible.
Les caractéristiques représentatives comprennent :
• Atténuation de la bande d'arrêt d'au moins -25 dB pour la bande de fréquences de 800 à 2480 XNUMX MHz.
• Atténuation de la bande d'arrêt d'au moins -20 dB pour la bande de fréquences de 10 à 800 XNUMX MHz.
• Ligne MIC avec THD+N (0.03 %) pas moins de -70 dB(A), offrant un son de haute qualité.
Tenir compte de l'espace du circuit imprimé
Les téléphones mobiles intègrent de plus en plus de fonctions multimédia, telles que GPS, MP3, FM, Bluetooth et DVB-H. Ces fonctions nécessitent un espace supplémentaire sur le circuit imprimé. Les concepteurs doivent faire de la place aux solutions ESD et EMI.

3. Comparaison de trois solutions

3.1 Solution discrète

Cette solution utilise 24 composants discrets pour former un suppresseur ESD et un filtre EMI. Cependant, cette solution n'est pas optimisée car le coût et la fiabilité sont limités par les 24 composants discrets.

3.2 Solution de céramique cocuite à basse température (LTCC) et de varistance

Le filtre LTCC EMI peut répondre efficacement aux exigences de filtrage. Cependant, la varistance a une tension de serrage élevée (VCL maximum > 100 V), ce qui n'offre pas une protection optimisée pour les ESD sensibles des puces submicroniques.

3.3 Dispositifs passifs et actifs intégrés

Cette technologie combine des diodes de protection et des composants passifs, tels que des résistances et des condensateurs haute densité, dans des circuits intégrés comme des puces en silicium. Par rapport aux deux solutions précédentes, les avantages de la solution IPAD sont les suivants :
• Il peut répondre à toutes les exigences de suppression ESD et de filtrage EMI.
• Cela permet d'économiser une quantité importante d'espace sur le circuit imprimé (environ 78 %).
• Utilisant des dispositifs en silicium naturel, il offre une fiabilité plus importante et des coûts d'exploitation réduits.

4. Conclusion

Cet article présente les causes et les conséquences potentielles des ESD et des EMI dans les interfaces audio mobiles, et discute brièvement des exigences en matière de suppression ESD et de filtrage EMI.

En comparant les solutions intégrées de protection ESD et de filtrage EMI disponibles, il peut fournir la meilleure protection ESD (VCL la plus faible) et la meilleure atténuation de bande d'arrêt, ainsi que d'autres conditions favorables telles qu'une fiabilité améliorée et des coûts d'exploitation réduits.

Mots clés:ESD61000-2