智能手机的扬声器或耳机的音频线路中,一般插入TVS二极管以及贴片压敏电阻(积层贴片压敏电阻)作为ESD(Electro-Static Discharge:静电放电)对策。此外,在音频线路的噪音对策方面,其不仅需要ESD等的抗扰度对策,同时也需要对智能手机内部电路配线放射的电磁噪音采取对策。
TDK的贴片压敏电阻不仅可作为音频线路的ESD对策,同时能满足
大幅削减贴装面积
音频失真小
改善接收灵敏度
抑制噪音
等音频线路特有的各类要求的ESD保护元件。以下就为智能手机音频线路提供最佳解决方案的各类优点进行说明。
将TVS二极管替换为贴片压敏电阻的音频线路解决方案
优点1:
最大削减90%以上的贴装面积
优点2:
音频失真小
优点3:
通过静电容量发挥噪音抑制效果
优点4:
改善接收灵敏度
优点5:
与TVS二极管相同的ESD保护性能
音频线路解决方案用TDK贴片压敏电阻的介绍
用于耳机线 | 用于扬声器线 | ||
---|---|---|---|
AVRM0603型 | AVRM1005型 | ||
AVRM0402型 | AVRM0603型 |
将TVS二极管替换为贴片压敏电阻的音频线路解决方案
智能手机等音频线路中ESD对策特别受到重视的理由
电子设备中作为人机接口的扬声器、麦克风或耳机是向电子设备输入或输出音频信号的应用。一般情况下,配置于电子设备外侧的情况较多,因此容易受到外来噪音的影响。而ESD(Electro-Static Discharge:静电放电)则是影响电子设备的代表性外来噪音的一种。
近年来,随着IC的低电压化等,ESD所导致的电子设备故障或错误工作已成为严重问题。 尤其是耳机插接,由于会频发插拔针插头,因此在插入带电的针插头时会产生ESD,从而在设备内部进行气体放电的可能性很高,为此必须采取对策。
针对此类接口端子中ESD的试验方法,使用人体模型(HBM:Human Body Model),其主要考虑了人体中带电电荷向电子设备进行放电的情况。图1所示为IEC61000-4-2标准的静电抗扰度试验中所使用的人体模型。
图1:静电抗扰度试验(IEC61000-4-2)的人体模型
推荐将TVS二极管替换为贴片压敏电阻的理由
用作ESD/浪涌保护的电子元件包括MLCC(积层贴片陶瓷片式电容器)、ESD抑制器、TVS二极管(齐纳二极管)、贴片压敏电阻等。
图2所示为智能手机音频线路电路方框图。在智能手机中,用于扬声器的功率放大器内使用有D类放大器等数码放大器。此外,耳机线,麦克风线是直接从音频编解码器中输出音频信号。为此,其中会插入保护元件作为扬声器线或耳机线的ESD对策。将作为ESD保护元件使用的TVS二极管替换为贴片压敏电阻可获得诸多优点。
图2:智能手机音频线路中ESD保护元件的使用方法
虽然TVS二极管与贴片压敏电阻的ESD保护性能几乎相同,但将TVS二极管替换为贴片压敏电阻拥有诸多优点。主要为空间优点与成本优点,同时其对于噪音抑制也有效。这是因为贴片压敏电阻拥有较大静电容量,并且可发挥MLCC的功能。
首先,对最大可削减90%以上贴装面积的贴片压敏电阻所独有的空间优点进行说明。
优点1.最大可削减90%以上贴装面积
近年来,随着智能手机高性能化的快速发展,主板呈现极度拥挤状态,完全没有剩余空间,因此使用比以往更为小型的电子元件成为了趋势。
使用TVS二极管作为音频线路解决方案时,若将其作为ESD对策的同时还以除去噪音为目的,那么TVS二极管的静电容量则会过小,因此需要并联插入MLCC,由此则需要贴装2个元件的面积。而由于贴片压敏电阻静电容量大,因此可使用1个产品来替换TVS二极管和MLCC这2个产品。
图3中对组合了TVS二极管及MLCC的情况,与使用贴片压敏电阻的情况时的贴装面积进行了比较。元件尺寸分别设想如下,TVS二极管:1006形状(1.0×0.6mm),MLCC:0603(0.6×0.3mm)形状,贴片压敏电阻:0603形状。0603形状贴片压敏电阻可削减80%以上的贴装面积,因此拥有极大的空间节省效果。TDK量产有0402形状(0.4×0.2mm)的贴片压敏电阻,该产品可削减90%以上的贴装面积,从而能够为智能手机的进一步小型化与高性能化做出贡献。
图3:TVS二极管+MLCC的2器件组合与贴片压敏电阻1器件的贴装面积比较
优点2.音频失真小
将ESD保护元件插入智能手机音频线路中后,会使音频信号发生失真,从而导致音频失真。此处以THD+N(总谐波失真+噪音)的数值表示。
图4所示为ESD保护元件的对输出-THD+N特性。未插入ESD保护元件时是音频失真最小的状态,以此作为标准值。插入TVS二极管后,在高输出领域中,THD+N大幅増加。而贴片压敏电阻则与未插入时的情况相同,未引起音频失真。
图4:各ESD保护元件 THD+N测量结果
从这些结果来看,TVS二极管及贴片压敏电阻的电流-电压特性(IV曲线)会产生影响。TVS二极管的IV曲线中"急剧升高"及"有时拥有极性"是导致音频信号失真的原因所在。
由于贴片压敏电阻没有极性,因此IV曲线相比TVS二极管,其升高幅度较缓。因此,相比TVS二极管,贴片压敏电阻更适合用于抑制音频信号失真,保持高音质。
优点3.通过静电容量抑制噪音的效果
在智能手机的音频线路中,音频编解码器及D级放大器等会产生噪音,进而对内部天线造成干扰,导致接收灵敏度劣化。一般情况下会使用低通滤波器(LC滤波器)作为对策,但应尽可能从大范围静电容量产品线中选择最佳产品为宜。
表1所示为各类ESD保护元件所覆盖的静电容量范围。MLCC覆盖的静电容量范围较广,达到数pF~数µF,贴片压敏电阻为数pF~数百pF,TVS二极管为数pF~数10pF。音频线路配线放射出的电子噪音以数100MHz~数GHz的频带居多,若要提高这些频带的噪音衰减效果,静电容量为数pF~数100pF的产品更为有效。
表1:各类ESD保护元件的静电容量产品线
0603形状(0.6×0.3mm)、1005形状(1.0×0.5mm)的TVS二极管静电容量以5~15pF左右居多,为构成目标低通滤波器,则需要像如图5所示,以与TVS二极管并联的形式插入MLCC。 若不使用MLCC而只使用TVS二极管时,静电容量将会不充分,从而无法除去电磁噪音。
贴片压敏电阻中数10pF~数100pF的产品线对于数100MHz~数GHz的噪音拥有抑制效果。如图6所示,贴片压敏电阻的等效电路是由双向二极管与MLCC并列而成的。TDK的贴片压敏电阻采用积层结构,通过改变内部结构设计,可方便地调整静电容量。TDK拥有1005形状(EIA0402):650pF以下, 0603形状(EIA0201):330pF以下的大范围静电容量产品线,可从中选择符合抑制噪音所需频带的产品。
图5:积层贴片压敏电阻的等效电路
图6:使用TVS二极管除去电磁噪音
优点4.改善接收灵敏度
图7所示为使用ESD保护元件时的接收灵敏度测量结果。
相比取下ESD保护元件时的状态(无保护元件),TVS二极管(静电容量:5pF)下的接收灵敏度发生了下降。若以与TVS二极管并列的方式插入MLCC(静电容量:100pF)后则可改善接收灵敏度。而贴片压敏电阻(静电容量:100pF、AVRM0603C6R8NT101N)只需1个器件便可改善接收灵敏度。
图7:各ESD保护元件 智能手机接收灵敏度测量结果
从这些结果来看,根据ESD保护元件静电容量的传输特性(插入损失-频率特性)会产生影响。图8中ESD保护元件的传输特性方面,静电容量为100pF的贴片压敏电阻与MLCC拥有相同特性,而接近1GHz时,衰减将会变大。而TVS二极管的静电容量较小,仅为5pF,因此衰减领域在3GHz附近,而1GHz附近蜂窝带的接收灵敏度则无法改善。若需要使用TVS二极管解决方案改善接收灵敏度,则需要以并联方式插入静电容量为100pF的MLCC。
図8:各ESD保护元件 传输特性(插入损失-频率特性)
优点5.ESD保护效果
ESD保护是贴片压敏电阻以及TVS二极管的基本性能。在使用了IEC61000-4-2人体模型(HBM:Human Body Model)的静电抗扰度试验中,作为ESD箝位波形的评估参数,规定升高部分的电压为峰值电压(Vpeak)、升高之后30~100ns的平均值为平均电压(Vave)。
图9所示为对静电抗扰度试验中ESD保护元件ESD箝位波形进行比较的图表。TVS二极管(5pF)的ESD保护性能方面,以并联方式插入MLCC(100pF)的情况与贴片压敏电阻相同。
图9:ESD保护元件的ESD箝位波形
"使用贴片压敏电阻的智能手机音频线路解决方案指南"总结
TDK提供使用了贴片压敏电阻的最佳解决方案作为智能手机音频线路的ESD对策。尤其是将TVS二极管替换为贴片压敏电阻后,不仅实现了有效的ESD对策,同时也带来了空间优点、成本优点、噪音抑制等各种优点。
将TVS二极管替换为贴片压敏电阻的优点
可实现极佳的ESD保护对策。
可通过贴片压敏电阻1个产品,实现TVS二极管(ESD保护)与MLCC(噪音抑制)这2个产品的功能。
可从大范围静电容量产品线中选择符合抑制噪音所需频带的产品。
可有效衰减蜂窝带的噪音,并改善接收灵敏度。
音频失真指标THD+N与未插入元件时相同,从而可确保音频质量。
《贴片压敏电阻AVRM系列的主要特点及用途》
【主要特点】
用独立开发的镨氧化锌类材料,并采用先进的积层工法及工艺技术制造而成的SMD贴片式压敏电阻。
因其电流及电压特性对称,因此没有极性。
小型并拥有优异的静电吸收能力。
静电容量产品一应俱全。
在智能手机的音频线路等中,可以1个器件替换TVS二极管+MLCC。
拥有节省空间、减少元件数量、削减贴装成本等各类优点。
【主要用途】
各类电子设备的ESD对策
(接口端子、按钮/开关部、电池端子等)
智能手机音频线路中的ESD及噪音对策等尤其出众
【用于音频线路解决方案的贴片压敏电阻AVRM系列】产品信息以及样品购买
※客户可根据用途选择类型/型号,从而可提高客户产品可靠性。
用于耳机线的贴片压敏电阻推荐产品
Application | Cap.(pF) | EIA0201 Part# | EIA01005 Part# |
---|---|---|---|
Headphone Circuit | 100 | AVRM0603C6R8NT101N | AVRM0402C6R8NT101N |
33 | AVR-M0603C120MTAAB | AVRM0402C120MT330N |
用于扬声器线的贴片压敏电阻推荐产品
Application | Cap.(pF) | Over 2W(Vdc=17V) | 1W(Vdc=5.5V) |
---|---|---|---|
Speaker Circuit | 100 | AVRM1005C270KT101N | AVRM0603C120MT101N |
30 | AVR-M1005C270MTAAB | AVR-M0603C120MTAAB | |
15 | AVR-M1005C270MTABB | AVRM0603C120MT150N |
审核编辑:汤梓红
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