Este artigo explora brevemente as causas e consequências do ESD e EMI em sistemas de áudio móveis. Em seguida, discute o uso de ESD supressores e EMI filtros para mitigar essas ameaças. Finalmente, compara três soluções atuais. Materiais e tecnologias modernas levaram à ocorrência frequente de descarga eletrostática (ESD) e interferência eletromagnética (EMI), que representam riscos significativos. Nossas roupas e os objetos com os quais entramos em contato podem gerar eletricidade estática. A tecnologia digital também gera interferência eletromagnética. A ESD pode danificar componentes eletrônicos em telefones celulares. Embora os telefones sejam facilmente substituíveis, eles podem causar danos significativos aos usuários. Os projetistas de circuitos telefônicos devem garantir que as medidas necessárias sejam tomadas para eliminar Danos ESD.

A EMI em circuitos de áudio pode resultar em baixa qualidade de som, com problemas audíveis, como chiados, estalos e zumbidos. Os usuários de telefones celulares não podem tolerar tal interferência. Portanto, esforços devem ser feitos para filtrar a EMI nos circuitos de áudio.

1. Descarga Eletrostática (ESD): Causas, Consequências e Supressão

1.1 Causas

Todos nós já experimentamos os efeitos da eletricidade estática. Temos testemunhado isso em raios desde os nossos dias pré-históricos como habitantes das cavernas. Continua a ser uma ameaça significativa hoje e é onipresente. Ao pentear os cabelos com um pente de plástico, podemos observar a geração de cargas estáticas. Se você aproximar o braço da tela da televisão, poderá ver os pelos do braço se arrepiarem. Este também é um exemplo do efeito da eletricidade estática.

Ao abrir a porta do carro e sair, você pode sentir um choque, que vem da descarga estática. À medida que as casas e os locais de trabalho ficam cada vez mais cheios de aparelhos eléctricos, a electricidade estática torna-se um perigo constante. As pessoas envolvidas na fabricação ou reparo de equipamentos elétricos protegem a si mesmas e a seus equipamentos de trabalho aterrando-se, evitando lesões causadas por descargas estáticas de equipamentos elétricos.

Conseqüências 1.2

Podemos ver relâmpagos atingindo edifícios e árvores, demonstrando seu poder destrutivo. Mesmo pequenas descargas podem danificar circuitos eletrônicos sensíveis se a proteção ESD não for ideal. Os telefones celulares têm um certo nível de proteção ESD. Conexões externas a circuitos de áudio são a fonte mais comum de ESD. A simples conexão de fones de ouvido ou alto-falantes pode expor o telefone a ESD.

1.3 Supressão

Como todos os produtos, os telemóveis devem ser testados quanto a ESD de acordo com IEC 61000-4-2 regulamentos. O regulamento especifica que um telefone deve suportar 15 kV de descarga de ar (através de uma rede de 330Ω/150 pF), o que é aproximadamente equivalente a uma corrente de 45 A com duração de pelo menos 1 nanossegundo. Nesse cenário, o telefone deverá continuar funcionando sem ser danificado. Esta comparação refere-se a um pulso de alta energia e o ESD experimento de modelo de corpo humano. Proteção ESD adicional deve ser adicionada em cada ponto de entrada potencial de ESD para proteger o chip principal. Em geral, os dispositivos para supressão de ESD geram saídas controláveis ​​conhecidas como tensões de fixação.

A figura abaixo mostra a saída (tensão de fixação) do dispositivo de proteção ESD em um evento ESD.

2. Interferência Eletromagnética (EMI) – Causas, Efeitos e Filtros

2.1 Causas

Quando a corrente flui, um campo magnético é produzido em torno de um condutor. Quando a corrente muda, o campo magnético também muda. Portanto, simplesmente ligar/desligar a corrente pode causar alterações no campo magnético. Estas mudanças no campo magnético podem induzir sinais em condutores próximos. Estes são os princípios básicos da eletricidade.

Tanto a eletricidade doméstica quanto a industrial utilizam corrente CA com frequências de 50 Hz ou 60 Hz. Essas frequências estão dentro da faixa audível. À medida que a corrente muda continuamente, condutores próximos com a mesma frequência podem produzir sinais. Se você já usou um sistema Hi-Fi com reprodutores e amplificadores separados e se seus chassis não estiverem conectados entre si, você poderá ouvir um zumbido.

Agora, vamos considerar os sinais em constante mudança no mundo eletrônico de hoje:
– A entrada/saída de dispositivos de áudio pode gerar EMI através de radiação e condução, que então emitem sinais de radiofrequência de frequência mais alta, levando à distorção do sinal.
– As antenas de telefonia móvel (pulsos TDMA) emitem sinais de radiofrequência, que podem ser recebidos por fones de ouvido com fio longo, causando ruído EMI no caminho do sinal de áudio.
GSM (Sistema Global para Comunicações Móveis) usa acesso múltiplo por divisão de frequência e acesso múltiplo por divisão de tempo para transmitir simultaneamente inúmeras chamadas telefônicas, conforme mostrado no diagrama abaixo.

Celulares específicos só são lançados no horário que lhes pertence. A frequência básica do sinal do pacote é 1/4.615 ms = 217 Hz. A frequência de harmonia é 434 Hz, 651 Hz, etc. Esta frequência pode ser ouvida. Conforme mostrado na figura abaixo, o sinal do pacote do celular.

Resultado 2.2

Quando o telefone celular se comunica com a estação base, ou os dois telefones celulares estão próximos um do outro, o pulso de transmissão passa pelo canal de áudio através do amplificador, do alto-falante ou do fio do fone de ouvido. Como resultado, a qualidade do áudio diminuiu significativamente.

Filtros 2.3

Os filtros EMI devem estar o mais próximo possível do ponto onde a interferência EMI entra, para garantir a maior qualidade de áudio possível.
A escolha dos filtros deve ser baseada em sua largura de banda, frequência de corte e características de atenuação da banda de parada. Outro fator na criação de som de alta qualidade é a distorção harmônica total (THD). Um THD ruim pode destruir a qualidade do som de um sistema de áudio excelente. Idealmente, o valor THD dos filtros EMI deve ser melhor que o da cadeia de sinal mais fraca.
As características representativas incluem:
• Atenuação da banda de parada de pelo menos -25 dB para a banda de frequência de 800-2480 MHz
• Atenuação da banda de parada de pelo menos -20 dB para a banda de frequência de 10-800 MHz
• Linha MIC com THD+N (0.03%) não inferior a -70 dB(A), proporcionando áudio de alta qualidade.
Considere o espaço da placa de circuito
Os telefones celulares estão incorporando cada vez mais funções multimídia, como GPS, MP3, FM, Bluetooth e DVB-H. Estas funções requerem espaço adicional na placa de circuito. Os projetistas devem abrir espaço para soluções ESD e EMI.

3. Comparação de três soluções

3.1 Solução Discreta

Esta solução utiliza 24 componentes discretos para formar um supressor de ESD e um filtro EMI. No entanto, esta solução não é otimizada porque o custo e a confiabilidade são limitados pelos 24 componentes discretos.

3.2 Cerâmica co-queimada de baixa temperatura (LTCC) e solução de varistor

O filtro LTCC EMI pode atender com eficácia aos requisitos de filtragem. No entanto, o varistor possui uma alta tensão de fixação (máximo VCL > 100V), o que não fornece proteção otimizada para ESD de chip submícron sensível.

3.3 Dispositivos Passivos e Ativos Integrados

Esta tecnologia combina diodos de proteção e componentes passivos, como resistores e capacitores de alta densidade, em circuitos integrados como chips de silício. Em comparação com as duas soluções anteriores, as vantagens da solução IPAD são as seguintes:
• Ele pode atender a todos os requisitos de supressão de ESD e filtragem de EMI.
• Pode economizar uma quantidade significativa de espaço na placa de circuito (aproximadamente 78%).
• Utilizando dispositivos de silício natural, proporciona maior confiabilidade e menores custos operacionais.

4. Conclusão

Este artigo apresenta as causas e possíveis consequências de ESD e EMI em interfaces de áudio móveis e discute brevemente os requisitos para supressão de ESD e filtragem de EMI.

Comparando as soluções integradas de proteção ESD e filtragem EMI disponíveis, ele pode fornecer a melhor proteção ESD (VCL mais baixo) e a melhor atenuação da banda de parada, bem como outras condições favoráveis, como maior confiabilidade e menores custos operacionais.

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