Teknik PCB - Kabel papan sirkuit pintar meningkatkan kualiti bunyi telefon sel

Abstrakt: Artikel ini membahas faktor kunci yang mempengaruhi karakteristik audio dalam rekaan PCB telefon sel. Rancangan bentangan PCB telefon bimbit yang problematik dan rancangan bentangan PCB yang baik diberikan dalam artikel. Perbandingan kedua-dua bentangan menekankan pertimbangan desain untuk memperbaiki prestasi audio.

Perkenalan

Telefon bimbit adalah cabaran terbaik yang dihadapi oleh jurutera bentangan PCB. Telefon sel modern mengandungi hampir semua sub-sistem yang boleh dibawa, dan setiap sub-sistem mempunyai keperluan yang berkonflik. PCB yang direka dengan sempurna mesti memberikan permainan penuh kepada keuntungan prestasi setiap peranti tersambung sambil menghindari gangguan antara subsistem. Oleh itu, prestasi setiap subsistem perlu dikompromikan untuk keperluan yang berkonflik. Walaupun kemampuan audio telefon sel terus meningkat, sedikit perhatian telah diberikan kepada bentangan PCB sirkuit audio.

Bentangan komponen

Langkah pertama dalam mana-mana rekaan PCB adalah tentu saja untuk memilih kedudukan PCB bagi setiap komponen. Kita panggil langkah ini "mempertimbangkan rancangan". Bentangan komponen berhati-hati boleh mengurangi sambungan isyarat, segmen wayar tanah, sambungan bunyi, dan mengambil kawasan papan sirkuit.

Telefon bimbit mengandungi litar digital dan litar analog. Untuk mencegah bunyi digital daripada mengganggu sirkuit analog sensitif, mereka mesti dipisahkan. Pembahagian PCB ke kawasan digital dan analog membantu memperbaiki bentangan sirkuit tersebut.

Walaupun bahagian RF telefon sel biasanya dianggap sebagai sirkuit analog, masalah biasa yang perlu diperhatikan dalam ramai rancangan adalah bunyi RF. Ia diperlukan untuk mencegah bunyi RF daripada menyambung ke sirkuit audio dan menghasilkan bunyi bunyi selepas demodulasi. Untuk menyelesaikan masalah ini, perlu memisahkan litar RF dan litar audio sebanyak mungkin.

Selepas membahagi PCB ke kawasan analog, digital, dan RF, bentangan komponen bahagian analog perlu dipertimbangkan. Bentangan komponen seharusnya membuat laluan isyarat audio yang paling pendek, dan penyampai audio seharusnya ditempatkan sebanyak yang mungkin kepada jack headphone dan speaker, sehingga radiasi EMI penyampai audio kelas D diminumkan, dan bunyi sambungan isyarat headphone adalah yang paling kecil. Sumber isyarat audio analog mesti hampir mungkin ke hujung input penyampai audio untuk minimumkan bunyi sambungan input. Semua petunjuk input adalah antena bagi isyarat RF, dan pendekatan panjang petunjuk membantu mengurangkan kesan radiasi antena band frekuensi yang sepadan.

Contoh bentangan komponen

Figure 1 menunjukkan bentangan komponen audio yang tidak masuk akal. Masalah yang lebih serius ialah penyembah audio terlalu jauh dari sumber isyarat audio. Pemimpin melalui sirkuit digital yang bunyi dan tukar sirkuit, yang meningkatkan peluang untuk menyambung suara. Petunjuk lebih panjang juga meningkatkan kesan antena RF. Telefon bimbit menggunakan teknologi GSM. Antena-antena ini boleh mengambil isyarat yang dihantar GSM dan memasukkannya ke dalam penyembah audio. Hampir semua penyembah boleh menghancurkan sampul 217Hz ke suatu jarak tertentu, menghasilkan bunyi pada output. Pada yang paling teruk, bunyi mungkin menyelam isyarat audio. Pendekatan panjang pemimpin input boleh mengurangkan bunyi yang disambung dengan penyampai audio.

Terdapat masalah lain dengan bentangan komponen yang dipaparkan dalam Gambar 1: Opamp terlalu jauh dari soket speaker dan headphone. Jika amplifier audio menggunakan amplifier kelas D, pemimpin telefon pendengar lebih panjang akan meningkatkan radiasi EMI amplifier. Jenis radiasi ini mungkin menyebabkan peranti gagal standar ujian yang ditetapkan oleh kerajaan tempatan. Telefon pendengar dan mikrofon lebih panjang juga meningkatkan impedance pemimpin dan mengurangkan kuasa yang boleh dimuatkan.

Akhirnya, kerana komponen begitu terbelah, sambungan antara komponen perlu melewati subsistem lain. Ini tidak hanya meningkatkan kesulitan kabel bahagian audio, tetapi juga meningkatkan kesulitan kabel subsistem lain.

Figur 1: Bentangan komponen tidak masuk akal.

Figure 2 menunjukkan pengaturan komponen yang sama dalam Figure 1. Komponen terjajar semula boleh guna ruang dengan lebih efektif dan pendek panjang utama. Perhatikan bahawa semua sirkuit audio dikedarkan berhampiran Jack headphone dan speakers, pemimpin input dan output audio jauh lebih pendek daripada penyelesaian di atas, dan tiada sirkuit audio ditempatkan di kawasan lain PCB. Rancangan seperti ini boleh mengurangi kebisingan sistem secara keseluruhan, mengurangi gangguan RF, dan kawat sederhana.

Figure 2: Bentangan yang masuk akal telefon sel.

Laluan isyarat

Laluan isyarat mempunyai kesan yang sangat terbatas pada bunyi output audio dan gangguan, yang bermakna bahawa tindakan kompromi yang perlu disediakan untuk memastikan prestasi sangat terbatas.

Penampilkan Speaker biasanya diaktifkan secara langsung oleh bateri dan memerlukan semasa yang besar. Jika anda menggunakan kuasa panjang dan tipis memimpin, kuasa akan meningkat. Compared with short and wide leads, long and thin leads have higher impedance, and the current changes generated by lead impedance will be converted into voltage changes and fed into the device. Untuk optimumkan prestasi, bekalan kuasa penyampai patut guna petunjuk yang paling pendek yang mungkin.

Isyarat berbeza patut digunakan sebanyak mungkin. Input perbezaan mempunyai penindasan bunyi tinggi, sehingga penerima perbezaan boleh menekan bunyi mod umum pada garis isyarat positif dan negatif. Untuk menggunakan keseluruhan keuntungan penyampai perbezaan, ia sangat penting untuk menjaga panjang sama pasangan isyarat perbezaan apabila kabel, sehingga ia mempunyai impedance yang sama, dan kedua-dua adalah sebanyak yang mungkin untuk membuat bunyi sambungan yang sama. Input perbezaan amplifier sangat berkesan dalam menekan bunyi dari sirkuit digital sistem.

Ditanamkan

Untuk sirkuit audio, grounding adalah kritikal sama ada ia boleh memenuhi keperluan prestasi sistem audio. Pemasangan tidak masuk akal mengarah kepada gangguan isyarat yang lebih besar, bunyi tinggi, gangguan kuat, dan kekurangan kemampuan penghalang RF. Ia sukar bagi desainer untuk melaburkan banyak masa dalam bentangan wayar tanah, tetapi bentangan wayar tanah berhati-hati boleh menghindari banyak masalah yang keras.

Terdapat dua pertimbangan penting untuk mendarat dalam mana-mana sistem: pertama ia adalah laluan kembali semasa mengalir melalui peranti, dan kedua ia adalah potensi rujukan sirkuit digital dan analog. Ia mungkin kelihatan mudah untuk memastikan bahawa tekanan di mana-mana titik wayar tanah adalah sama, tetapi ia sebenarnya mustahil. Semua petunjuk mempunyai impedance, dan selama ada arus mengalir melalui wayar tanah, titik tekanan yang sepadan akan dijana. Sirkuit juga memimpin bentuk induktan, yang bermakna bahawa semasa mengalir dari bateri ke muatan dan kemudian kembali ke bateri. Terdapat inductans tertentu di seluruh laluan semasa. Apabila bekerja pada frekuensi yang lebih tinggi, induktan akan meningkatkan impedance tanah.

Cipta bentangan wayar tanah terbaik untuk sistem tertentu bukanlah mudah. Ini adalah peraturan umum yang berlaku pada semua sistem.

1. Cipta pesawat tanah terus menerus untuk sirkuit digital

Semasa digital pesawat tanah mengembalikan melalui laluan isyarat, dan kawasan loop patut disimpan ke minimum untuk mengurangi kesan antena dan induksi parasit. Pastikan semua petunjuk isyarat digital mempunyai laluan tanah yang sepadan. Lapisan ini patut meliputi kawasan yang sama dengan isyarat digital yang memimpin, dengan sebanyak mungkin titik putus. Titik hentian di tanah, termasuk vias, akan menyebabkan arus tanah mengalir melalui loop yang lebih besar, dengan itu menghasilkan radiasi dan bunyi yang lebih besar.

2. Guarantee ground galvanic isolation

Semasa tanah sirkuit digital dan sirkuit analog patut disita untuk mencegah semasa digital mengganggu sirkuit analog. Untuk mencapai tujuan ini, komponen perlu diatur dengan betul. Jika sirkuit analog diatur dalam satu kawasan PCB dan sirkuit digital diatur dalam kawasan lain, arus tanah akan diizoli secara alami. Lebih baik untuk mempunyai lapisan PCB independen untuk sirkuit analog.

3. Sirkuit analog menggunakan pendaratan bintang

Pemasangan bintang menganggap satu titik PCB sebagai titik pemasangan umum, dan hanya titik ini dianggap sebagai potensi tanah. Dalam telefon sel, terminal tanah bateri biasanya digunakan sebagai titik dasar bintang. Semasa mengalir ke dalam pesawat tanah tidak akan hilang secara automatik. Semua arus tanah akan mengalir ke titik tanah ini.

Penampilkan audio menyerap sejumlah besar semasa, yang akan mempengaruhi tanah rujukan sirkuit sendiri dan tanah rujukan sistem lain. Untuk menyelesaikan masalah ini, ia adalah terbaik untuk menyediakan gelung kembalian dedikasi untuk jembatan tanah kuasa amplifier dan gelung tanah jack headphone. Perhatikan bahawa loop dedikasi ini tidak menyeberangi garis isyarat digital, kerana ia akan menghalangi semasa digital kembali.

4. Maksimumkan kesan kondensator bypass

Hampir semua peranti memerlukan kondensator bypass untuk menyediakan aliran sementara yang bekalan kuasa tidak dapat menyediakan. Kondensator ini patut ditempatkan sebanyak mungkin kepada pin bekalan kuasa untuk mengurangi indunan parasit antara pin kondensator dan peranti. Induksi akan mengurangkan kesan kapasitor bypass. Selain itu, kondensator mesti mempunyai impedance tanah rendah, dengan itu mengurangi impedance frekuensi tinggi kondensator. Pin pendaratan kondensator patut disambung secara langsung ke lapisan sambungan, dan tidak melewati petunjuk ke tanah.

5. Letakkan tembaga pada semua kawasan PCB yang tidak digunakan sebagai lapisan tanah

Apabila dua potongan foil tembaga dekat satu sama lain, ada kapasitas sambungan kecil di antara keduanya. Letakkan wayar tanah dekat wayar isyarat, dan bunyi frekuensi tinggi pada wayar isyarat akan dikunci ke tanah.

Kesimpulan

PCB yang direka dengan baik adalah tugas yang memakan masa dan mencabar, tetapi pelaburan memang berharga. Bentangan PCB yang baik boleh membantu mengurangi bunyi sistem, meningkatkan penahanan isyarat RF, dan mengurangi penyelesaian isyarat. Rancangan PCB yang baik juga akan meningkatkan prestasi EMI dan mungkin memerlukan kurang perisai.

Jika PCB tidak masuk akal, akan ada masalah yang boleh dihindari semasa fase ujian. Pada masa ini, jika tindakan diambil, ia mungkin terlambat, dan ia sukar untuk memecahkan masalah yang dihadapi. Ia memerlukan lebih banyak masa dan usaha, dan kadang-kadang komponen tambahan ditambah, yang meningkatkan biaya dan kompleksiti sistem.