Murata Soppressione del rumore per cuffie wireless
Man mano che la popolarità delle cuffie wireless continua a crescere, così fa l'uso del BLUETOOTH®. Lo standard della tecnologia wireless viene spesso utilizzato per la comunicazione tra smartphone e cuffie. Tuttavia, l'audio può saltare a causa di errori di comunicazione e quindi sono necessarie contromisure. Murata studia questo problema difficile descrivendo un caso reale per spiegare il meccanismo di interferenza nel dispositivo che provoca il salto dell'audio. Murata ha cercato contromisure utili per risolvere il problema.
Problemi di progettazione/Span
Murata ritiene che ci siano principalmente due tipi di problemi di progettazione.
•Interferenza all'interno del dispositivo per cuffie che richiede assolutamente un modo per risolvere il problema del salto audio
•Limitazioni dell'area di montaggio nelle cuffie (Figura 1, sotto), ivi incluse le vere cuffie wireless con lato sinistro e destro separato
Il primo problema di progettazione -- interferenza all'interno del dispositivo per cuffie -- è estremamente importante in questo caso.
Figura 1
Verifica delle contromisure
In molti casi di interferenze interne delle cuffie, le onde radio indesiderate all'interno del dispositivo sono sovrapposte ai segnali necessari per la comunicazione. Ciò crea rumore e fa saltare l'audio.
Murata ha utilizzato prodotti commerciali per misurare il livello minimo di ricezione di un segnale di 2,4GHz. Voleva verificare le differenze di probabilità di salto audio causate dalle contromisure di progettazione per prevenire le interferenze all'interno dei dispositivi Bluetooth.
In termini di interferenza interna del dispositivo, alti valori grafici indicano che la comunicazione è possibile anche con un segnale debole ed è improbabile che l'audio salti. Murata ha confermato diversi livelli a seconda del prodotto ma voleva sapere perché fossero così diversi.
Murata ha verificato il motivo per cui tali differenze si verificano utilizzando il prodotto A, dove il salto audio è stato spesso osservato, e il prodotto D, dove il problema era raro.
Figura 2
Misurazione salto audio
Per conoscere le differenze tra i livelli minimi di ricezione del prodotto A e del prodotto D, Murata ha osservato lo spettro di rumore ricevuto dall'antenna. I segnali scorrono attraverso un'antenna Bluetooth per comunicare ma i guasti di comunicazione si verificano se il rumore entra nel flusso del segnale.
Il lato sinistro della Figura 3 (sotto) mostra il prodotto D che ha una buona sensibilità di ricezione, mentre il lato destro mostra il prodotto A che ha una scarsa sensibilità.
Le aree rosse del grafico mostrano il livello di rumore quando l'alimentazione è spenta e le aree blu mostrano il livello di rumore durante l'accoppiamento.
Il Bluetooth utilizza il salto di frequenza, in modo che i segnali di comunicazione appaiano come uno spettro a banda stretta. A causa dell'elevata sensibilità, i segnali di comunicazione sono stati verificati solo sul prodotto D e non è apparso alcun altro spettro.
Al contrario, uno spettro con una banda di frequenza di diversi MHz è stato confermato sul prodotto A con la sua scarsa sensibilità (segni rossi).
Poiché il Bluetooth utilizza il salto di frequenza, quando questo tipo di spettro di rumore si verifica su tutte le bande di frequenza di comunicazione, il rumore si mescola con il segnale di comunicazione e compromette la sensibilità.
Figura 3
Confronto dei risultati delle misurazioni di salto audio
Per studiare la causa del rumore a banda larga mostrato dai segni rossi, Murata ha misurato la distribuzione del campo magnetico sulla superficie della scheda del prodotto D (Figura 4, sotto).
Poiché la sorgente di rumore differisce nell'effettiva soppressione del rumore, a seconda dell'impostazione e della situazione, è importante individuare in anticipo la posizione del circuito per una riduzione efficace del rumore.
Il lato destro della Figura 4 mostra i risultati per la forza di distribuzione del campo magnetico quando la frequenza è fissa a 2,4GHz. L'area rossa rappresenta un forte campo magnetico. Questo indica che il RFIC Bluetooth, con un'intensità di campo magnetico particolarmente elevata nell'area del circuito del convertitore CC-CC, sarebbe un luogo efficace per la soppressione del rumore.
Questo rumore è un rumore di commutazione che si verifica quando si genera energia internamente. Murata ha ipotizzato che le armoniche più elevate delle frequenze di commutazione si verificassero nella banda a 2,4GHz.
Figura 4
Misurazione della distribuzione del campo magnetico nella superficie della scheda del prodotto D
Murata ha indagato sulle contromisure per affrontare la questione audio.
La Figura 5 (sotto) mostra l'ambiente di misurazione utilizzato per effettuare misurazioni e il risultato di misurazione del rumore associato all'antenna Bluetooth.
È stato osservato un livello di rumore estremamente elevato che richiede la soppressione del rumore per ridurne il livello.
Figura 5
Risultato di misurazione del rumore associato a un'antenna Bluetooth
Se si implementa la soppressione del rumore Bluetooth, Murata ha stabilito che vi sono due aree di implementazione chiave.
La prima area è la linea di alimentazione e la seconda è la linea di clock.
Poiché la linea di alimentazione genera armoniche più elevate grazie alla commutazione e le armoniche più elevate del segnale di clock si estendono nella banda da 2,4GHz, il rumore viene creato nel segnale Bluetooth. Il filtraggio è un modo efficace per sopprimere la conduzione del rumore.
Murata ha commercializzato due tipi di filtri progettati per eliminare il rumore nella banda da 2,4GHz.
Il primo tipo include i filtri BLF02RD e LQZ02HQ per linee di alimentazione, mentre il secondo tipo è costituito dalla serie LQZ02HQ per linee di clock.
Le tabelle 1 e 6 (entrambe in basso) mostrano le specifiche elettriche rappresentative e le caratteristiche di frequenza di perdita di inserzione dei filtri BLF02RD e LQZ02HQ utilizzati per la soppressione del rumore in questo caso.
In molti casi, la linea di alimentazione e la linea di clock sono le principali fonti di rumore e l'uso del filtro appropriato in tali aree di circuito è una soluzione efficace.
Tabella 1
Specifiche elettriche
Figura 6
Caratteristiche di frequenza di perdita di inserzione
Risultati di misurazione (rumore accoppiato all'antenna)
Questi sono i risultati di misurazione dello spettro di rumore associato all'antenna durante la comunicazione Bluetooth.
Il filtro BLF02RD è stato inserito nella linea di alimentazione (Figura 7, sotto). Così facendo, Murata è stata in grado di migliorare il rumore a banda stretta di circa 5dB. Ciò ha verificato che il filtro BLF02RD è una soluzione efficace.
Figura 7
Linea di alimentazione: risultato di misurazione BLF02RD
Analogamente, il filtro LQZ02HQ è stato inserito nella linea di alimentazione (Figura 8, sotto). Murata ha verificato un simile livello di miglioramento del rumore a banda stretta di circa 5dB.
Figura 8
Linea di alimentazione: risultato di misurazione LQZ02HQ
Per continuare, Murata ha inserito il filtro LQZ02HQ nella linea di clock e ha osservato lo spettro della forma d'onda e del rumore (Figura 9, sotto).
Poiché il filtro LQZ02HQ ha poche caratteristiche di attenuazione a bassa frequenza, elimina solo lo spettro problematico nella banda a 2,4GHz pur mantenendo la qualità del segnale.
Murata ha concluso che è un modo efficace per sopprimere il rumore in una linea di segnale come un clock.
Figura 9
Linea Clock: risultato di misurazione LQZ02HZ
Riepilogo
In questo caso, l'inserimento di un filtro acustico nel circuito del convertitore CC-CC è stato efficace ma in alcuni casi la sorgente di rumore può variare. Il metodo di verifica analizzato nell'esempio precedente è solo un esempio ma l'identificazione di una sorgente di rumore è fondamentale per affrontare la soppressione del rumore.
Murata raccomanda la serie BLF02RD/LQZ02HQ di filtri antirumore per l'uso in diverse aree di circuito. Entrambe le serie sono adatte per linee di alimentazione e la serie LQZ02HQ è ideale anche per linee di clock. La serie BLF02RD/LQZ02HQ presenta un'attenuazione significativa nell'intervallo di alte frequenze di 2,4GHz e si può prevedere che fornisca un'attenuazione significativa del rumore.
In questo caso, Murata ha introdotto un esempio di soppressione del rumore in cui il rumore all'interno dello stesso circuito interferiva con il segnale di comunicazione Bluetooth. Questa tecnologia può essere applicata anche ai dispositivi non Bluetooth che comunicano a una frequenza di 2,4GHz. Murata ha implementato componenti di soppressione del rumore altamente efficaci nell'intervallo ad alta frequenza di 2,4GHz e disponibili in dimensioni ultra-miniaturizzate di 0,4 mm x 0,2 mm per risparmiare spazio.Murata raccomanda i suoi componenti per evitare che l'audio salti su scala miniaturizzata.
Strumento di progettazione SimSurfing
Murata SimSurfing Tool
A free website design tool that provides information and data for selecting electronic components.
Forum della community
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