Este artículo explora brevemente las causas y consecuencias de ESD y EMI en sistemas de audio móviles. Luego se analiza el uso de ESD supresores y EMI filtros para mitigar estas amenazas. Finalmente, compara tres soluciones actuales. Los materiales y tecnologías modernos han llevado a la aparición frecuente de descarga electrostática (ESD) y interferencia electromagnética (EMI), que plantean riesgos importantes. Nuestra ropa y los objetos con los que entramos en contacto pueden generar electricidad estática. La tecnología digital también genera interferencia electromagnetica. Las ESD pueden dañar los componentes electrónicos de los teléfonos móviles. Si bien los teléfonos son fácilmente reemplazables, pueden causar daños importantes a los usuarios. Los diseñadores de circuitos telefónicos deben garantizar que se tomen las medidas necesarias para eliminar Daño ESD.

La EMI en los circuitos de audio puede provocar una mala calidad del sonido, con problemas audibles como silbidos, estallidos y zumbidos. Los usuarios de teléfonos móviles no pueden tolerar este tipo de interferencias. Por lo tanto, se deben hacer esfuerzos para filtrar la EMI en los circuitos de audio.

1. Descarga electrostática (ESD): causas, consecuencias y supresión

1.1 causas

Todos hemos experimentado los efectos de la electricidad estática. Lo hemos presenciado en los relámpagos desde nuestros días prehistóricos como habitantes de las cavernas. Sigue siendo una amenaza importante hoy en día y está en todas partes. Al peinar nuestro cabello con un peine de plástico podemos observar la generación de cargas estáticas. Si acercas el brazo a una pantalla de televisión, podrás ver cómo se le erizan los pelos del brazo. Este es también un ejemplo del efecto de la electricidad estática.

Cuando abres la puerta de un coche y sales, puedes experimentar una descarga eléctrica debida a una descarga estática. A medida que los hogares y los lugares de trabajo se llenan cada vez más de aparatos eléctricos, la electricidad estática se convierte en un peligro constante. Las personas involucradas en la fabricación o reparación de equipos eléctricos se protegen a sí mismas y a sus equipos de trabajo conectándose a tierra, evitando lesiones causadas por descargas estáticas de equipos eléctricos.

Consecuencias 1.2

Podemos ver rayos caer sobre edificios y árboles, demostrando su poder destructivo. Incluso las descargas pequeñas pueden dañar circuitos electrónicos sensibles si la protección ESD no es óptima. Los teléfonos móviles tienen un cierto nivel de protección ESD. Las conexiones externas a circuitos de audio son la fuente más común de ESD. Simplemente conectar auriculares o parlantes puede exponer el teléfono a ESD.

1.3 Supresión

Como todos los productos, los teléfonos móviles deben someterse a pruebas de ESD según IEC 61000-4-2 regulaciones. El reglamento especifica que un teléfono debe soportar una descarga de aire de 15 kV (a través de una red de 330 Ω/150 pF), lo que equivale aproximadamente a una corriente de 45 A con una duración de al menos 1 nanosegundo. En este escenario, el teléfono debería seguir funcionando sin sufrir daños. Esta comparación se refiere a un pulso de alta energía y el ESD Experimento con modelo de cuerpo humano. Se debe agregar protección ESD adicional en cada punto de entrada potencial de ESD para proteger el chip principal. En general, los dispositivos para la supresión de ESD generan salidas controlables conocidas como tensiones de sujeción.

La siguiente figura muestra la salida (voltaje de abrazadera) del dispositivo de protección ESD en un evento ESD.

2. Interferencia electromagnética (EMI): causas, efectos y filtros

2.1 causas

Cuando fluye corriente, se produce un campo magnético alrededor de un conductor. Cuando cambia la corriente, el campo magnético también cambia. Por lo tanto, simplemente encender/apagar la corriente puede provocar cambios en el campo magnético. Estos cambios en el campo magnético pueden inducir señales en conductores cercanos. Estos son los principios básicos de la electricidad.

Tanto la electricidad doméstica como la industrial utilizan corriente alterna con frecuencias de 50 Hz o 60 Hz. Estas frecuencias se encuentran dentro del rango audible. Como la corriente cambia continuamente, los conductores cercanos con la misma frecuencia pueden producir señales. Si alguna vez ha utilizado un sistema Hi-Fi con reproductores y amplificadores separados, y si sus chasis no están conectados entre sí, es posible que escuche un zumbido.

Ahora, consideremos las señales en constante cambio en el mundo electrónico actual:
– La entrada/salida de dispositivos de audio puede generar EMI a través de radiación y conducción, que luego emiten señales de radiofrecuencia de mayor frecuencia, lo que genera distorsión de la señal.
– Las antenas de telefonía móvil (pulsos TDMA) emiten señales de radiofrecuencia, que pueden recibirse mediante auriculares con cables largos, lo que provoca ruido EMI en la ruta de la señal de audio.
GSM (Sistema Global para Comunicaciones Móviles) utiliza acceso múltiple por división de frecuencia y acceso múltiple por división de tiempo para transmitir simultáneamente numerosas llamadas telefónicas, como se muestra en el siguiente diagrama.

Los teléfonos móviles específicos solo se lanzan en el momento que le corresponde. La frecuencia básica de la señal del paquete es 1/4.615 ms = 217 Hz. La frecuencia de armonía es 434 Hz, 651 Hz, etc. Esta frecuencia se puede escuchar. Como se muestra en la siguiente figura, la señal del paquete del teléfono móvil.

2.2 resultado

Cuando el teléfono móvil se comunica con la estación base, o los dos teléfonos móviles están cerca uno del otro, el pulso de transmisión pasa a través del canal de audio a través del amplificador, el altavoz o el cable del auricular. Como resultado, la calidad del audio disminuyó significativamente.

Filtros 2.3

Los filtros EMI deben estar lo más cerca posible del punto donde ingresa la interferencia EMI, para garantizar la calidad del audio en la mayor medida posible.
La elección de los filtros debe basarse en sus características de ancho de banda, frecuencia de corte y atenuación de banda suprimida. Otro factor a la hora de crear un sonido de alta calidad es la distorsión armónica total (THD). Un THD deficiente puede destruir la calidad del sonido de un sistema de audio que de otro modo sería excelente. Idealmente, el valor THD de los filtros EMI debería ser mejor que el de la cadena de señal más débil.
Las características representativas incluyen:
• Atenuación de banda suprimida de al menos -25 dB para la banda de frecuencia de 800-2480 MHz
• Atenuación de banda suprimida de al menos -20 dB para la banda de frecuencia de 10-800 MHz
• Línea MIC con THD+N (0.03%) no inferior a -70 dB(A), proporcionando audio de alta calidad.
Considere el espacio de la placa de circuito
Los teléfonos móviles incorporan cada vez más funciones multimedia, como GPS, MP3, FM, Bluetooth y DVB-H. Estas funciones requieren espacio adicional en la placa de circuito. Los diseñadores deben dejar espacio para soluciones ESD y EMI.

3. Comparación de tres soluciones

3.1 Solución discreta

Esta solución utiliza 24 componentes discretos para formar un supresor de ESD y un filtro EMI. Sin embargo, esta solución no está optimizada ya que el costo y la confiabilidad están limitados por los 24 componentes discretos.

3.2 Solución de varistor y cerámica cocida a baja temperatura (LTCC)

El filtro EMI LTCC puede cumplir eficazmente con los requisitos de filtrado. Sin embargo, el varistor tiene un voltaje de sujeción alto (VCL máximo > 100 V), lo que no proporciona una protección optimizada para ESD de chip submicrónico sensible.

3.3 Dispositivos pasivos y activos integrados

Esta tecnología combina diodos de protección y componentes pasivos, como resistencias y condensadores de alta densidad, en circuitos integrados como chips de silicio. En comparación con las dos soluciones anteriores, las ventajas de la solución iPad son las siguientes:
• Puede cumplir con todos los requisitos de supresión de ESD y filtrado de EMI.
• Puede ahorrar una cantidad significativa de espacio en la placa de circuito (aproximadamente 78%).
• Al utilizar dispositivos de silicio natural, proporciona una mayor confiabilidad y menores costos operativos.

4. Conclusión

Este artículo presenta las causas y posibles consecuencias de ESD y EMI en interfaces de audio móviles y analiza brevemente los requisitos para la supresión de ESD y el filtrado de EMI.

Al comparar las soluciones integradas de protección ESD y filtrado EMI disponibles, puede proporcionar la mejor protección ESD (VCL más bajo) y la mejor atenuación de banda de parada, así como otras condiciones favorables, como una confiabilidad mejorada y costos operativos más bajos.

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