Diseño electrónico - El cableado de PCB mejora la calidad del sonido del teléfono móvil

Introducción

Los teléfonos móviles son el desafío final que enfrentan los ingenieros de cableado de pcb. Los teléfonos móviles modernos incluyen casi todos los subsistemas portátiles, y cada uno de ellos tiene requisitos contradictorios. Un PCB perfectamente diseñado debe aprovechar al máximo las ventajas de rendimiento de cada dispositivo de interconexión, evitando al mismo tiempo la interferencia mutua entre los subsistemas. Por lo tanto, el rendimiento de cada subsistema debe verse afectado por las necesidades conflictivas. A pesar de la mejora continua de la capacidad de audio del teléfono móvil, el diseño de PCB del Circuito de audio ha recibido poca atención.

Diseño de componentes

El primer paso en cualquier diseño de PCB es, por supuesto, elegir la ubicación de los PCB de cada componente. Llamamos a este paso "consideraciones de cableado". Un diseño cuidadoso de los componentes puede reducir la interconexión de señales, la División de cables de tierra, el acoplamiento de ruido y ocupar el área de la placa de circuito.

El teléfono móvil incluye circuitos digitales y analógicos. Para evitar que el ruido digital interfiera con los circuitos analógicos sensibles, deben separarse. La División de los PCB en áreas digitales y analógicas ayuda a mejorar el diseño de tales circuitos.

Aunque la parte de radiofrecuencia del teléfono móvil suele considerarse un circuito analógico, un problema común a tener en cuenta en muchos diseños es el ruido de radiofrecuencia. Es necesario evitar que el ruido de radiofrecuencia se acople al circuito de audio y genere ruido audible después de la demodulación. Para resolver este problema, es necesario separar los circuitos de radiofrecuencia y audio tanto como sea posible.

Después de dividir los PCB en áreas analógicas, digitales y de radiofrecuencia, es necesario considerar el diseño de componentes de la parte analógica. El diseño del componente debe permitir la ruta de la señal de audio más corta y el amplificador de audio debe estar lo más cerca posible de los enchufes y altavoces de los auriculares para minimizar la radiación EMI del amplificador de audio de clase D y el ruido de acoplamiento de la señal de los auriculares. La fuente de señal de audio analógica debe estar lo más cerca posible de la entrada del amplificador de audio para minimizar el ruido de acoplamiento de entrada. Todos los cables de entrada son antenas para señales de radiofrecuencia, y acortar la longitud de los cables ayuda a reducir el efecto de radiación de la antena en la banda de frecuencia correspondiente.

Fundamentado

Para los circuitos de audio, la puesta a tierra es crucial para cumplir con los requisitos de rendimiento del sistema de audio. La puesta a tierra irrazonable puede causar una mayor distorsión de la señal, alto ruido, interferencia fuerte y reducir la capacidad de supresión de radiofrecuencia. Es difícil para los diseñadores de PCB invertir mucho tiempo en el diseño del cable de tierra, pero un diseño cuidadoso del cable de tierra puede evitar muchos problemas difíciles.

En cualquier sistema, la puesta a tierra tiene dos consideraciones importantes: una es la ruta de retorno de la corriente que fluye a través del dispositivo y la otra es el potencial de referencia de los circuitos digitales y analógicos. Parece sencillo asegurarse de que el voltaje en cualquier punto del cable de tierra sea el mismo, pero en realidad es imposible. Todos los cables tienen resistencia y, siempre que haya una corriente que fluya a través del suelo, se producirá la caída de tensión correspondiente. Los cables del circuito también forman inductores, lo que significa que la corriente fluye de la batería a la carga y luego de vuelta a la batería. Hay una cierta inducción en toda la ruta actual. Cuando se trabaja a una frecuencia más alta, la inducción aumentará la resistencia a la tierra.

No es fácil diseñar el diseño óptimo del cable de tierra para un sistema específico. Las siguientes son las reglas generales aplicables a todos los sistemas.

1. establecer un plano de tierra continuo para circuitos digitales

La corriente digital del plano de tierra regresa a través de la ruta de la señal, y el área del bucle debe mantenerse al mínimo para reducir el efecto de la antena y la inducción parasitaria. Asegúrese de que todos los cables de señal digital tengan la ruta de tierra correspondiente. La capa debe cubrir las mismas áreas que los cables de señal digital y tener el menor número posible de puntos de interrupción. Los puntos de interrupción de la tierra, incluidos los agujeros, harán que la corriente de tierra fluya a través de un circuito más grande, generando así una mayor radiación y ruido.

2. garantizar el aislamiento de la corriente de tierra

La corriente de tierra de los circuitos digitales y analógicos debe mantenerse aislada para evitar que la corriente digital interfiera con los circuitos analógicos. Para lograr este objetivo, es necesario organizar correctamente los componentes. Si el circuito analógico está dispuesto en una zona del PCB y el circuito digital está dispuesto en otra zona, la corriente de tierra se aislará naturalmente. Es mejor que el circuito analógico tenga una estratificación independiente de pcb.

3. los circuitos analógicos están conectados a tierra en forma de estrella.

La puesta a tierra en forma de estrella considera un punto del PCB como un punto de puesta a tierra público, y solo este punto se considera un potencial de puesta a tierra. En los teléfonos móviles, los terminales de tierra de la batería se utilizan generalmente como puntos de tierra en forma de estrella. La corriente que fluye hacia el plano del suelo no desaparece automáticamente. Toda la corriente de tierra fluirá al punto de tierra.

El amplificador de audio absorbe una corriente considerable, lo que afectará el lugar de referencia del propio circuito y el lugar de referencia de otros sistemas. Para resolver este problema, es mejor proporcionar un circuito especial para conectar el circuito de tierra de alimentación del amplificador y el circuito de tierra del enchufe del auricular. Tenga en cuenta que estos bucles dedicados no se cruzan con las líneas de señal digital porque obstaculizan la corriente de retorno digital.

4. maximizar el papel de los condensadores de derivación

Casi todos los equipos necesitan condensadores de derivación para proporcionar corriente instantánea que la fuente de alimentación no puede proporcionar. Estos condensadores deben colocarse lo más cerca posible de los pines de alimentación para reducir la inducción parasitaria entre los condensadores y los pines del dispositivo. La inducción reducirá el impacto de los condensadores de derivación. Además, los condensadores deben tener una baja resistencia a la tierra, lo que reduce la resistencia de alta frecuencia de los condensadores. El PIN de tierra del capacitor debe estar conectado directamente a la capa de conexión y no debe estar conectado a tierra a través de cables.

5. verter cobre como formación de contacto en todas las áreas de PCB no utilizadas

Cuando las dos láminas de cobre se acercan entre sí, se forman pequeños condensadores de acoplamiento entre ellas. Coloque un cable de tierra cerca de la línea de señal, y el ruido de alta frecuencia de la línea de señal se cortocircuitará al suelo.

En resumen

Los PCB bien diseñados son una tarea larga y desafiante, pero la inversión vale la pena. Un buen diseño de PCB puede ayudar a reducir el ruido del sistema, mejorar la supresión de la señal de radiofrecuencia y reducir la distorsión de la señal. Un buen diseño de PCB también mejorará el rendimiento del EMI y puede requerir menos blindaje.

Si el PCB no es razonable, habrá problemas que podrían haberse evitado durante la fase de prueba. Si se toman medidas en este momento, puede ser demasiado tarde y difícil resolver los problemas que enfrenta. Requiere más tiempo y energía, y a veces agrega componentes adicionales, lo que aumenta el costo y la complejidad del sistema.