تستكشف هذه المقالة بإيجاز أسباب وعواقب ESD و EMI في أنظمة الصوت المتنقلة. ثم يناقش استخدام ESD المكثفات و EMI مرشحات للتخفيف من هذه التهديدات. وأخيرا، فإنه يقارن بين ثلاثة حلول الحالية. أدت المواد والتقنيات الحديثة إلى حدوث متكرر تفريغ الكهرباء الساكنة (ESD) و التداخل الكهرومغناطيسي (EMI)، والتي تشكل مخاطر كبيرة. ملابسنا والأشياء التي نتلامس معها يمكن أن تولد كهرباء ساكنة. التكنولوجيا الرقمية تولد أيضا التداخل الكهرومغناطيسي. يمكن أن يؤدي التفريغ الإلكتروستاتيكي (ESD) إلى إتلاف المكونات الإلكترونية في الهواتف المحمولة. على الرغم من سهولة استبدال الهواتف، إلا أنها يمكن أن تسبب ضررًا كبيرًا للمستخدمين. يجب على مصممي دوائر الهاتف التأكد من اتخاذ التدابير اللازمة للقضاء عليها ضرر ESD.

يمكن أن يؤدي التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) في الدوائر الصوتية إلى ضعف جودة الصوت، مع حدوث مشكلات مسموعة مثل الهسهسة والفرقعة والطنين. لا يمكن لمستخدمي الهاتف المحمول تحمل مثل هذا التدخل. ولذلك، يجب بذل الجهود لتصفية EMI في الدوائر الصوتية.

1. التفريغ الكهروستاتيكي (ESD): الأسباب والعواقب والقمع

1.1 الأسباب

لقد شهدنا جميعًا تأثيرات الكهرباء الساكنة. لقد شهدنا ذلك في البرق منذ أيام ما قبل التاريخ كسكان الكهوف. ولا يزال يمثل تهديدًا كبيرًا اليوم وهو موجود في كل مكان. عند تمشيط شعرنا بمشط بلاستيكي، يمكننا ملاحظة توليد شحنات ثابتة. إذا قربت ذراعك من شاشة التلفاز، يمكنك أن ترى الشعر الموجود على ذراعك واقفاً. وهذا أيضًا مثال على تأثير الكهرباء الساكنة.

عندما تفتح باب السيارة وتخرج منها، قد تتعرض لصدمة، والتي تأتي من التفريغ الساكن. مع امتلاء المنازل وأماكن العمل بشكل متزايد بالأجهزة الكهربائية، تصبح الكهرباء الساكنة خطرًا دائمًا. يقوم الأشخاص المشاركون في تصنيع أو إصلاح المعدات الكهربائية بحماية أنفسهم ومعدات عملهم عن طريق تأريض أنفسهم، مما يمنع الإصابات الناجمة عن التفريغ الاستاتيكي من المعدات الكهربائية.

عواقب 1.2

يمكننا أن نرى البرق يضرب المباني والأشجار، مما يدل على قوته التدميرية. حتى عمليات التفريغ الصغيرة يمكن أن تلحق الضرر بالدوائر الإلكترونية الحساسة إذا لم تكن حماية ESD مثالية. تتمتع الهواتف المحمولة بمستوى معين من الحماية من التفريغ الإلكتروستاتيكي (ESD). تعد الاتصالات الخارجية بدوائر الصوت هي المصدر الأكثر شيوعًا لـ ESD. إن مجرد توصيل سماعات الرأس أو مكبرات الصوت يمكن أن يعرض الهاتف لـ ESD.

1.3 القمع

مثل جميع المنتجات، يجب اختبار الهواتف المحمولة ESD بالنسبة الى IEC 61000-4-2 أنظمة. تحدد اللائحة أن الهاتف يجب أن يتحمل 15 كيلو فولت من تفريغ الهواء (من خلال شبكة 330 أوم/150 بي سي فاراد)، وهو ما يعادل تقريبًا تيارًا قدره 45 أمبير يدوم لمدة 1 نانو ثانية على الأقل. في هذا السيناريو، يجب أن يستمر الهاتف في العمل دون تعرضه للتلف. تشير هذه المقارنة إلى نبض عالي الطاقة و ESD تجربة نموذج جسم الإنسان. يجب إضافة حماية إضافية للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD) عند كل نقطة دخول محتملة للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD) لحماية الشريحة الرئيسية. بشكل عام، تولد أجهزة منع التفريغ الكهروستاتيكي مخرجات يمكن التحكم فيها تُعرف باسم جهد التثبيت.

يوضح الشكل أدناه خرج (جهد المشبك) لجهاز حماية ESD في حدث ESD.

2. التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) - الأسباب والتأثيرات والمرشحات

2.1 الأسباب

عندما يتدفق التيار، يتم إنتاج مجال مغناطيسي حول الموصل. عندما يتغير التيار، يتغير المجال المغناطيسي أيضًا. ولذلك، فإن مجرد تشغيل/إيقاف التيار يمكن أن يسبب تغييرات في المجال المغناطيسي. هذه التغييرات في المجال المغناطيسي يمكن أن تحفز الإشارات في الموصلات القريبة. هذه هي المبادئ الأساسية للكهرباء.

تستخدم كل من الكهرباء المنزلية والصناعية تيارًا مترددًا بترددات 50 هرتز أو 60 هرتز. وتقع هذه الترددات ضمن النطاق المسموع. مع تغير التيار بشكل مستمر، يمكن للموصلات القريبة ذات التردد نفسه إنتاج إشارات. إذا سبق لك استخدام نظام Hi-Fi مع مشغلات ومكبرات صوت منفصلة، ​​وإذا لم يكن هيكلها متصلاً معًا، فقد تسمع صوت طنين.

الآن، دعونا ننظر في الإشارات المتغيرة باستمرار في العالم الإلكتروني اليوم:
- يمكن للإدخال/الإخراج للأجهزة الصوتية توليد EMI من خلال الإشعاع والتوصيل، والتي تنبعث بعد ذلك إشارات تردد راديوي أعلى ترددًا، مما يؤدي إلى تشويه الإشارة.
- تبث هوائيات الهاتف المحمول (نبضات TDMA) إشارات ترددات الراديو، والتي يمكن استقبالها بواسطة سماعات الرأس ذات الأسلاك الطويلة، مما يسبب ضوضاء EMI في مسار الإشارة الصوتية.
يستخدم GSM (النظام العالمي للاتصالات المتنقلة) الوصول المتعدد بتقسيم التردد والوصول المتعدد بتقسيم الوقت لإرسال العديد من المكالمات الهاتفية في وقت واحد، كما هو موضح في الرسم البياني أدناه.

يتم إطلاق هواتف محمولة محددة فقط في الوقت الذي يخصها. التردد الأساسي لإشارة الحزمة هو 1 / 4.615 مللي ثانية = 217 هرتز. تردد التناغم هو 434 هرتز، 651 هرتز، إلخ. ويمكن سماع هذا التردد. كما هو موضح في الشكل أدناه، إشارة حزمة الهاتف المحمول.

نتيجة 2.2

عندما يتصل الهاتف المحمول بالمحطة الأساسية، أو يكون الهاتفان المحمولان قريبين من بعضهما البعض، تمر نبضة الإرسال عبر قناة الصوت من خلال مكبر الصوت أو مكبر الصوت أو سلك سماعة الرأس. ونتيجة لذلك، انخفضت جودة الصوت بشكل ملحوظ.

مرشحات 2.3

يجب أن تكون مرشحات EMI قريبة قدر الإمكان من النقطة التي يدخل فيها تداخل EMI، وذلك لضمان جودة الصوت إلى أقصى حد ممكن.
ينبغي أن يعتمد اختيار المرشحات على عرض النطاق الترددي وتردد القطع وخصائص التوهين في نطاق التوقف. هناك عامل آخر في إنشاء صوت عالي الجودة وهو التشوه التوافقي الكلي (THD). يمكن أن يؤدي ضعف THD إلى تدمير جودة الصوت لنظام صوتي ممتاز. من الناحية المثالية، يجب أن تكون قيمة THD لمرشحات EMI أفضل من قيمة سلسلة الإشارة الأضعف.
تشمل الخصائص التمثيلية ما يلي:
• توهين نطاق التوقف بما لا يقل عن -25 ديسيبل لنطاق التردد 800-2480 ميجاهرتز
• توهين نطاق التوقف بما لا يقل عن -20 ديسيبل لنطاق التردد 10-800 ميجاهرتز
• خط MIC مع THD+N (0.03%) لا يقل عن -70 ديسيبل (A)، مما يوفر صوتًا عالي الجودة.
النظر في مساحة لوحة الدائرة
تشتمل الهواتف المحمولة على المزيد والمزيد من وظائف الوسائط المتعددة، مثل GPS وMP3 وFM وBluetooth وDVB-H. تتطلب هذه الوظائف مساحة إضافية للوحة الدائرة. يجب على المصممين توفير مساحة لحلول ESD وEMI.

3. مقارنة بين ثلاثة حلول

3.1 الحل المنفصل

يستخدم هذا الحل 24 مكونًا منفصلاً لتشكيل مثبط ESD ومرشح EMI. ومع ذلك، لم يتم تحسين هذا الحل نظرًا لأن التكلفة والموثوقية محدودة بالمكونات المنفصلة البالغ عددها 24 مكونًا.

3.2 السيراميك المشترك الاحتراق بدرجة حرارة منخفضة (LTCC) ومحلول المكثف

يمكن لمرشح LTCC EMI أن يلبي متطلبات التصفية بشكل فعال. ومع ذلك، فإن المكثف لديه جهد تثبيت عالي (الحد الأقصى VCL > 100V)، والذي لا يوفر حماية مثالية لشريحة دون الميكرون الحساسة ESD.

3.3 الأجهزة السلبية والنشطة المتكاملة

تجمع هذه التقنية بين صمامات الحماية والمكونات السلبية، مثل المقاومات والمكثفات عالية الكثافة، في دوائر متكاملة مثل رقائق السيليكون. بالمقارنة مع الحلين السابقين، فإن مزايا حل IPAD هي كما يلي:
• يمكنه تلبية جميع متطلبات قمع ESD وتصفية EMI.
• يمكنه توفير قدر كبير من مساحة لوحة الدائرة (حوالي 78%).
• باستخدام أجهزة السيليكون الطبيعي، فإنه يوفر موثوقية أكبر وتكاليف تشغيل أقل.

4. اختتام

تقدم هذه المقالة الأسباب والعواقب المحتملة لـ ESD وEMI في واجهات الصوت المحمولة، وتناقش بإيجاز متطلبات قمع ESD وتصفية EMI.

وبمقارنة حلول الحماية المتكاملة من ESD وتصفية EMI، فإنه يمكن أن يوفر أفضل حماية من ESD (أدنى VCL) وأفضل توهين لنطاق التوقف، بالإضافة إلى الظروف المواتية الأخرى مثل الموثوقية المحسنة وانخفاض تكاليف التشغيل.

العلامات:ESD61000-2