Conception électronique - Le câblage PCB améliore la qualité sonore de votre téléphone

Présentation

Les téléphones portables sont le défi ultime pour les ingénieurs de câblage PCB. Les téléphones cellulaires modernes comprennent presque tous les sous - systèmes portables et chacun a des exigences contradictoires. Un PCB parfaitement conçu doit tirer pleinement parti des avantages de performance de chaque dispositif interconnecté tout en évitant les interférences mutuelles entre les sous - systèmes. Les performances de chaque sous - système doivent donc être affectées par des exigences contradictoires. Malgré l'amélioration continue des capacités audio du téléphone, la mise en page PCB du circuit audio a reçu peu d'attention.

Disposition des composants

La première étape de toute conception de PCB est bien sûr de choisir l'emplacement du PCB pour chaque composant. Nous appelons cette étape "Considérations de câblage". Une disposition minutieuse des éléments peut réduire l'interconnexion des signaux, la Division des lignes de masse, le couplage du bruit et occuper la surface de la carte.

Le téléphone cellulaire contient un circuit numérique et un circuit analogique. Pour éviter que le bruit numérique ne perturbe les circuits analogiques sensibles, ils doivent être séparés. La Division du PCB en zones numériques et analogiques peut aider à améliorer la disposition de ces circuits.

Bien que la partie RF d'un téléphone cellulaire soit généralement considérée comme un circuit analogique, un problème courant à surveiller dans de nombreuses conceptions est le bruit RF. Il est nécessaire d'éviter que le bruit RF ne soit couplé au circuit audio et ne génère un bruit audible après démodulation. Pour résoudre ce problème, il est nécessaire de séparer autant que possible le circuit RF du circuit audio.

Après avoir divisé le PCB en zones analogiques, numériques et RF, vous devez tenir compte de la disposition des composants de la partie analogique. La disposition des composants doit être telle que le trajet du signal audio soit le plus court possible et que l'amplificateur audio soit placé le plus près possible de la prise casque et des Haut - parleurs afin de minimiser le rayonnement EMI des amplificateurs audio de classe D et le bruit de couplage du signal casque. La source du signal audio analogique doit être située le plus près possible de l'entrée de l'amplificateur audio afin de minimiser le bruit de couplage d'entrée. Toutes les broches d'entrée sont des antennes pour les signaux RF et la réduction de la longueur des broches contribue à réduire l'effet de rayonnement de l'antenne dans la bande de fréquence correspondante.

Mis à la terre

Pour un circuit audio, la mise à la terre est essentielle pour répondre aux exigences de performance d'un système audio. Une mise à la terre déraisonnable entraîne une plus grande distorsion du signal, un bruit élevé, de fortes interférences et réduit la capacité de suppression RF. Il est difficile pour les concepteurs de PCB d'investir beaucoup de temps dans la disposition des lignes de sol, mais une disposition minutieuse des lignes de sol peut éviter de nombreux problèmes difficiles.

Dans tout système, la masse a deux considérations importantes: premièrement, c'est le chemin de retour du courant circulant dans l'appareil et deuxièmement, c'est le potentiel de référence des circuits numériques et analogiques. S'assurer que la tension est la même en tout point de la ligne de terre peut sembler simple, mais c'est pratiquement impossible. Tous les conducteurs ont une impédance, et chaque fois qu'un courant circule à travers la ligne de masse, une chute de tension correspondante est créée. Les fils du circuit forment également une inductance, ce qui signifie que le courant circule de la batterie vers la charge, puis vers la batterie. Il existe une certaine inductance dans tout le trajet du courant. Lorsque vous travaillez à des fréquences plus élevées, l'inductance augmente l'impédance de la terre.

Il n'est pas facile de concevoir la meilleure disposition de ligne de terre pour un système spécifique. Voici les règles générales applicables à tous les systèmes.

1. Établir un plan de masse continu pour les circuits numériques

Le courant numérique dans le plan de masse est renvoyé par le chemin du signal et l'aire de la boucle doit être maintenue au minimum pour réduire les effets d'antenne et les inductances parasites. Assurez - vous que toutes les broches de signal numérique ont un chemin de terre correspondant. Cette couche doit couvrir la même zone que les conducteurs de signaux numériques et avoir le moins de points de rupture possible. Les points de rupture de terre, y compris les trous de travers, feront circuler le courant de terre à travers une boucle plus grande, créant ainsi plus de rayonnement et de bruit.

2. Isolation de courant de terre garantie

Les courants de masse des circuits numériques et analogiques doivent être maintenus isolés pour éviter que les courants numériques ne perturbent les circuits analogiques. Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire de disposer correctement les composants. Si vous disposez le circuit analogique dans une zone du PCB et le circuit numérique dans une autre zone, le courant de masse sera naturellement isolé. Le circuit analogique a de préférence une couche indépendante de PCB.

3. Le circuit analogique adopte la mise à la terre en étoile

La mise à la terre en étoile considère un point du PCB comme un lieu de mise à la terre commun et seul ce point est considéré comme un potentiel de mise à la terre. Dans les téléphones cellulaires, la borne de mise à la terre de la batterie est généralement utilisée comme point de mise à la terre en étoile. Le courant entrant dans le plan de sol ne disparaît pas automatiquement. Tout le courant de terre circulera dans ce lieu de mise à la terre.

L'amplificateur audio absorbe un courant important qui affectera la masse de référence du circuit lui - même et celle des autres systèmes. Pour résoudre ce problème, il est préférable de prévoir une boucle dédiée pour faire le pont entre la mise à la terre de l'alimentation de l'amplificateur et la boucle de mise à la terre de la prise casque. Notez que ces boucles dédiées ne croisent pas les lignes de signal numérique, car elles bloquent le courant de retour numérique.

4. Maximisez le rôle du condensateur de dérivation

Presque tous les appareils nécessitent un condensateur de dérivation pour fournir un courant transitoire que l'alimentation ne peut pas fournir. Ces condensateurs doivent être placés le plus près possible des broches d'alimentation pour réduire les inductances parasites entre les condensateurs et les broches du dispositif. L'inductance réduira l'effet des condensateurs de dérivation. En outre, le condensateur doit avoir une faible impédance de masse, réduisant ainsi l'impédance haute fréquence du condensateur. La broche de mise à la terre du condensateur doit être connectée directement à la couche de connexion et ne pas être mise à la Terre par un fil.

5. Verser le cuivre comme couche de mise à la terre sur toutes les zones de PCB inutilisées

Lorsque deux feuilles de cuivre sont rapprochées l'une de l'autre, une petite capacité de couplage est formée entre elles. Placez un fil de terre près de la ligne de signal et le bruit à haute fréquence sur la ligne de signal court - circuitera la terre.

Conclusion

Un PCB bien conçu est une tâche longue et difficile, mais l'investissement en vaut vraiment la peine. Une bonne disposition de PCB peut aider à réduire le bruit du système, améliorer la suppression du Signal RF et réduire la distorsion du signal. Une bonne conception de PCB améliorera également les performances EMI et peut nécessiter moins de blindage.

Si le PCB n'est pas raisonnable, des problèmes qui auraient pu être évités se produisent pendant la phase de test. Si des mesures sont prises à ce stade, il peut être trop tard et il sera difficile de résoudre les problèmes rencontrés. Cela prend plus de temps et d'efforts, et parfois des composants supplémentaires sont ajoutés, ce qui augmente le coût et la complexité du système.