PCB技術 - スマートスピーカ回路設計と回路基板保護チップ

スマートオーディオ回路基板工場 最先端の人工知能音声認識技術と高音質を通して我々の人生経験を改善し続けます. When used in conjunction with other home automation equipment (such as video doorbells, 照明システム, thermostats and security systems), スマートスピーカーとスマートディスプレイはすぐにスマートホームネットワークのコントロールセンターになります.

増加する市場の需要に追いつくために、主要なポジションを維持するために、デザイナーは機能を加えて、スマート話者にパフォーマンスを改善するだけでなく、彼らのサイズを減らして、熱放散能力を改善する必要もあります。半導体デバイスをより小さなパッケージにおいてより高い性能にする方法は、スペース制約された用途における回路基板のサイズを小さくするために重要である。

大部分の 回路基板 ユーザーエクスペリエンスに直接影響する重要なコンポーネントを統合する, オンチップオーディオシステムのような, 触覚フィードバックを用いた容量型タッチ人間‐機械インタフェイスコントローラ, LEDドライバエンジンとD級オーディオアンプ. Other components in the smart speaker system (such as power management) will not directly affect the user experience, しかし、サイズとコストに影響します. サーキットボードファクトリー デザイナーは、これらのコンポーネントのサイズを減らしながら、パフォーマンスを改善し続けることができます.

図1に示される入力電力保護回路はそのような構成要素である。入力保護は、多くのデバイスにおいて、当然のこととして考慮されることがあるが、それは、電源が供給されるか、または信頼性の低い電源に接続されているときに、システム全体への損傷を防止することができるスマートスピーカのキー回路である。スマート・スピーカーは、外部AC / DC壁アダプターまたは内部のスイッチング電源によって動かされます。この回路は、異常な高電圧または電流などの事象によって誤動作が発生したときにいかなる下流装置を損傷から保護することができる。

スマートスピーカーの典型的機能を実現するための参照ブロック図

EFUSE装置は、通常、過電流保護（OCP）と過電圧保護（OVP）を成し遂げることができます。これらの障害が発生すると、すべての下流の回路を切断するために、集積MOSFET（パワーメタル酸化物半導体電界効果トランジスタ）を使用する。EFUSEデバイスはまた、起動中に突入電流を管理することができ、システム電圧が制御された方法で増加することを保証する。TPS 2595のような装置は、2 mm * 2 mmで包まれます。そして、それは最大18 V / 4 Aまで保護を提供することができます。

過電流保護（OCP）については、共通のディスクリート実装は、INT 185のような電流感知増幅器の使用を含み、その役割は、シャント抵抗を横切って電流を測定することである。INA 185の出力は、測定値をデジタル化するためにA／D変換器（ADC）に供給されるか、またはマイクロコントローラに瞬時警報を提供するために比較器に供給される。ADC経路は正確にシステムの電流を測定することができるが、ADCのサンプリング周波数のために、それは測定を読む際の遅延を増加させる。比較器経路の速度は、ADCのそれより約1000倍速く、より少ない電力を消費するが、実際の電流値ではなく過電流が発生したことを示すデジタル出力信号を提供するだけである。

ADCは、電流を正確に測定する必要があるシステムに適している, そして、動的に限界を変えることができます. INA 185は、ARR±0より良い実スケール精度を持ちます.2 %. それは現在、リードされたパッケージを持つ業界最小の電流センスアンプです, 1のサイズで.6 mm*1.6mm, 回路基板のレイアウトを最適化する必要がある小型化システムに非常に適している.

しかし、スマートディスプレイでは、システム電圧は18 Vよりも高いので、より速い過電流保護（OCP）警報が必要である。統合されたEFUSEデバイスはそのようなシステムで動作することができないが、電流センス増幅器と比較器との組み合わせは、柔軟性を高め、最小ボードスペースを占有しながら、同じ機能を提供することができる。TLV 4041のようなナノ秒遅延比較器は、電源電流の2×1／4 Aしか消費せず、単純なツェナーダイオードによって電力を供給することができる。INA 185とTLV 4041の結合溶液サイズは5 mm 2であり、応答速度は他の同様のデバイスよりも50倍速い。

システム電流がカスタムしきい値を超えるとき、高速コンパレータを備えたINA 185のような増幅器の使用は、高速かつ正確な過電流保護（OCP）警報を提供することができる。システムによっては、この制限は数ミリアンペアから数アンペアに設定することができます。TLV 4041はまた、0.73 mmのスペースで実現される0.73 mm *ですべての電流レベルに関係なく、正確なアラームを提供する高精度（1 - 40度（- 40 125°C）から+ 125°Cまで）の電圧基準を統合します。

図2に示す個別解は、追加のオンボード電圧レギュレータを必要としないので、ボードスペースを節約する。それは低電圧で高電圧のスマートスピーカシステムに適していて、さらに入力電源保護設計を単純化するために異なる電源電圧レベルを有する異なるスピーカモデルのために使うことができる。

必要な受動部品を組み入れた後、ina 185（2.56 mm 2）とtlv 4041（0.533 mm 2）の結合解はボード空間の約5 mm 2を占めている。溶液の全体的なサイズは、電流検知を提供する同様の集積デバイスよりも15 %小さい。加えて、TLV 4041の遅延は450 nsであり、これは一般的な比較器と電流感知増幅器を統合する解よりも高速に結合解を作る。