Murata Moduli di alimentazione Standard Qi per soppressione del rumore

Problemi di rumore nei moduli di alimentazione wireless

È stato condotto uno studio per stabilire se la sensibilità di ricezione per la comunicazione vocale fosse stata ridotta durante l'alimentazione in modalità wireless. È stato determinato che la sensibilità di ricezione è stata ridotta nella banda 800MHz quando la potenza veniva erogata in modalità wireless. Una riduzione della sensibilità di ricezione si è verificata uniformemente in tutte le frequenze.

Meccanismo di generazione/propagazione del rumore

In seguito allo studio di identificazione del rumore di Murata, ha proposto un meccanismo attraverso il quale il rumore è probabilmente generato nel Modulo del ricevitore.

Esistono due principali sorgenti di rumore.
• La prima sorgente è costituita dal caricatore.
•  La seconda sorgente è il CI del ricevitore, situato nel modulo del ricevitore.

Si sospetta che questo rumore sia emesso direttamente dalla scheda del modulo ricevitore o che possa passare attraverso la linea di potenza o la linea di terra ed emesso dalla scheda o dai cavi dello smartphone. Questo rumore riduce la sensibilità di ricezione quando scorre verso l'antenna.

Schema circuitale di un semplice circuito equivalente di modulo ricevitore wireless
Sorgente di rumore: (1) Caricatore (fluisce verso la bobina del ricevitore), (2) Modalità di propagazione attraverso il
CI del ricevitore: (1) Emesso dalla scheda del modulo ricevitore, (2) Fluisce attraverso la linea di alimentazione/messa a terra → Emesso dalla scheda o dai cavi dello smartphone

C'è un rumore emesso dal caricatore e un rumore che avviene all'interno del modulo del ricevitore.

Nota: lo standard specifica i condensatori da installare in serie con la bobina del trasmettitore del caricatore e i condensatori da installare in serie e in parallelo con la bobina ricevente del modulo ricevitore. I condensatori dopo il CI del ricevitore sono condensatori di raddrizzamento. I cavi in modalità propagazione (2) fanno riferimento ai cavi che collegano il modulo ricevitore e lo smartphone e i cavi per smartphone.

Diagramma delle misure di soppressione del rumore per il diagramma dei moduli ricevitori wireless Diagramma

Misure soppressione del rumore

Murata ha quindi esaminato il semplice circuito equivalente (circuito di soppressione del rumore) del modulo ricevitore wireless.

Le perline di ferrite del circuito di soppressione del rumore
sono installate alla base della bobina del ricevitore (in due diverse posizioni) come illustrato nella Figura 1 (sotto). Di conseguenza, al rumore emesso dal caricatore e che scorre verso la bobina del ricevitore viene impedito di propagarsi all’interno del modulo ricevitore.

Le perline di ferrite sono installate nella linea di potenza e nella linea di terra collegata allo smartphone. Di conseguenza, il rumore generato dal CI del ricevitore non può fluire verso lo smartphone.

Murata raccomanda l’uso delle perline di ferrite BLM15PD800SN1, le quali esibiscono dimensioni compatte e supportano correnti elevate.

Circuito equivalente semplice di un modulo ricevitore wireless (misure di soppressione del rumore)

Le seguenti misure di soppressione del rumore accrescono la sensibilità di ricezione per la comunicazione vocale.
(1) Perline di ferrite alla base della bobina del ricevitore (Murata raccomanda l'uso delle perline di ferrite BLM15PD800SN1)
(2) Una perlina di ferrite sulla linea di alimentazione collegata allo smartphone (Murata raccomanda l'uso di una perlina di ferrite BLM15PD800SN1)
(3) Una perlina di ferrite sulla linea di messa a terra collegata allo smartphone (Murata raccomanda l'uso di una perlina di ferrite BLM15PD800SN1)

La misura (1) è efficace nel sopprimere il rumore emesso dal caricatore che fluisce verso la bobina del ricevitore.
Le misure (2) e (3) sono efficaci, invece, nel sopprimere il rumore generato nel CI del ricevitore.

Nota: se la dispersione di flusso dal caricatore è grande, le misure di soppressione del rumore solo per il lato ricevitore potrebbero non migliorare la sensibilità di ricezione. Anche le misure di soppressione del rumore devono essere completamente implementate nel caricatore. Inoltre, se la perdita di flusso dal caricatore è elevata, il rumore emesso dalla bobina trasmittente fluirà direttamente verso l'antenna. Pertanto, le misure che utilizzano perline di ferrite non saranno efficaci. In questo caso, il foglio di assorbimento delle onde elettromagnetiche può essere ingrandito oltre la bobina ricevente (come se si applicasse all’intero involucro), per evitare che il rumore fluisca nell’antenna e migliorare la sensibilità di ricezione.

Effetto sulla frequenza di risonanza del circuito

Murata ha studiato se le misure di soppressione del rumore qui sopra abbiano un effetto negativo sul funzionamento del caricatore.

Questo è un problema perché, se le caratteristiche di impedenza formate dal circuito (bobina ricevitore + condensatore in serie, bobina ricevitore + condensatore in serie + condensatore in parallelo) vengono modificate quando vengono installate perline di ferrite, anche la trasmissione e la ricezione della potenza cambiano.

Lo standard Qi specifica:
Frequenza di risonanza per la bobina del ricevitore + condensatore in serie = 100 kHz +5% -10%
Frequenza di risonanza per la bobina del ricevitore + condensatore in parallelo = 1.000 kHz ±10%

Murata ha calcolato in che modo le caratteristiche di impedenza del circuito (bobina del ricevitore + condensatore in serie in questo esempio) cambiano quando sono state installate perline di ferrite. Ciò è stato calcolato supponendo che il valore di induttanza e il valore di capacità fossero di due tipi diversi.

Condizione (1): Bobina del trasmettitore = 25 uH Serie C = 100 nF
Condizione (2): Bobina del trasmettitore = 10 uH Serie C = 250 nF

La condizione (1) è il valore misurato effettivamente impostato sul sistema di valutazione e la condizione (2) è stata impostata in modo che l'induttanza scenda a meno della metà del valore qui sopra. (Questo è dovuto al fatto che l'effetto delle perline di ferrite diventa più intenso man mano che l'induttanza della bobina trasmittente diventa più piccola).

Murata ha determinato che l'installazione delle perline di ferrite non ha avuto effetto sulle caratteristiche di impedenza del circuito. Pertanto, Murata pensa che anche installando le perline di ferrite, il loro effetto sul funzionamento del caricatore sia ridotto.

Nota: rispetto al valore di induttanza (da circa 10UH a 20uH) della bobina ricevente, il valore L del BLM15PD800SN1 è un piccolo valore di appena 210nH (valore effettivo misurato con misuratore LCR) e quindi la frequenza di risonanza può rimanere invariata.

Effetto delle misure di soppressione del rumore

Murata ha valutato la sensibilità di ricezione quando la potenza è fornita in modalità wireless mentre sono state implementate le misure di soppressione del rumore descritte nella sezione precedente.

Di conseguenza, la sensibilità di ricezione è migliorata per tutte le frequenze. In questa valutazione del campione, la sensibilità di ricezione è migliorata fino a 5dB e la perdita di sensibilità di ricezione quando la potenza è stata fornita in modalità wireless è stata pari a zero.

Le misure di soppressione del rumore che utilizzano perline di ferrite permettono un miglioramento significativo della sensibilità di ricezione.

Riepilogo delle misure di soppressione del rumore per i moduli ricevitori

Problemi di rumore associati ai moduli ricevitori wireless
Il rumore generato dal caricatore dalla bobina fluisce dalla bobina del trasmettitore alla bobina del ricevitore e l’inserimento di un circuito wireless riduce la sensibilità di ricezione del circuito wireless.

Misure di soppressione del rumore
Come mostrato qui sotto, le perline di ferrite vengono utilizzate nel circuito del ricevitore per l'implementazione di misure di soppressione del rumore e il miglioramento della sensibilità di ricezione del circuito wireless.
(1) Installazione di perline di ferrite alla base della bobina del ricevitore (Murata raccomanda l'uso delle perline di ferrite BLM15PD800SN1)
(2) Installazione di una perlina di ferrite sulla linea di alimentazione collegata allo smartphone (Murata raccomanda l'uso di una perlina di ferrite BLM15PD800SN1)
(3) Installazione di una perlina di ferrite sulla linea di messa a terra collegata allo smartphone (Murata raccomanda l'uso di una perlina di ferrite BLM15PD800SN1)

Misure di soppressione del rumore per moduli trasmettitori wireless
Dopo il modulo ricevitore, Murata ha esaminato il rumore che deve essere soppresso nel modulo trasmettitore. Nel modulo trasmettitore, l’inverter utilizzato per fornire CA alla bobina del trasmettitore è una fonte di rumore. Il rumore emesso dal cavo di alimentazione diventa un problema in quanto rumore emesso esternamente, e il rumore che fluisce verso il lato della bobina del trasmettitore viene emesso esternamente, con conseguente riduzione della sensibilità di ricezione dell’unità smartphone.
Di conseguenza, Murata consiglia misure di soppressione del rumore per prevenire le emissioni acustiche e le cadute di sensibilità alla ricezione.

Rumore di emissione: (1) Bobina del trasmettitore e (2) Cavo di alimentazione
Sensibilità di ricezione: (1) Bobina del trasmettitore

In primo luogo, Murata ha implementato le misure di prevenzione del rumore delle emissioni. Si tratta di rumore che fuoriesce dal lato del cavo di alimentazione dall'invertitore e di rumore che fuoriesce dal lato del trasmettitore. I circuiti di soppressione del rumore sono installati per ogni luogo. (Misure di soppressione (1) e (2))

Poiché il rumore di emissione è costituito principalmente da rumore trasmesso in modalità comune, si utilizza una bobina di arresto di modo comune. Viene utilizzato un condensatore di bypass di linea anche perché il lato della bobina trasmittente contiene una grande quantità di rumore ad alta frequenza.

Inoltre, Murata ha implementato misure per prevenire cadute di sensibilità alla ricezione. Le misure di soppressione del rumore sono state implementate nello stesso modo di quelle sul lato della bobina trasmittente per prevenire il rumore delle emissioni. Sono stati utilizzati una bobina di arresto di modo comune e un condensatore di bypass di linea. Di conseguenza, la sensibilità di ricezione è stata migliorata fino a 12dB.

Riepilogo

Panoramica succinta delle misure di soppressione del rumore nei moduli trasmettitori:
• L’inverter del modulo trasmettitore è una sorgente di rumore e il rumore fluisce verso il lato del cavo dialimentazione e della bobina del trasmettitore, con conseguente generazione di rumore di emissione e riduzione della sensibilità di ricezione.
• I filtri che combinano una bobina d’arresto di modo comune e un condensatore sono stati installati sul lato del cavo di alimentazione dell’inverter e sul lato della bobina del trasmettitore per sopprimere il rumore delle emissioni e prevenire cadute nella sensibilità di ricezione.

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