スマートフォン用音声ラインノイズ対策ソリューション (2) 対策

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D級アンプのノイズ対策  
スピーカー、イヤホンの
アイソレーション対策
 
マイクのTDMA対策
               

音声ラインフィルタ
ラインアップ一覧

 

 
 
D級アンプのノイズ対策

図1 スマートフォンのオーディオ回路ブロック図



スマートフォンでは、音声信号用のアンプとして、フィルタレス方式のD級アンプが使われています。

このフィルタレスD級アンプは、音声の復調用LCフィルタが不要であるためにアンプとスピーカーを接続させるだけの小規模な回路で構成できる半面、信号を増幅させる過程で発生するスイッチングノイズが空間に放出されて、自身のアンテナに結合することで受信感度の劣化を引き起こします。

ノイズの発生原因となるため、ほかの方式によるアンプを採用したいところですが、フィルタレスD級アンプは小型・高効率化に優れており、スマートフォンの消費電力を少なくすることができるため、なくてはならないアンプとなっています。

図1はアンテナに結合した(飛び込んできた)ノイズを測定した例ですが、セルラー帯のノイズレベルが大きくなっていることが分かります。

音声ライン用ノイズフィルタNFZ15SGを使用することで、ノイズレベルは低減しており、その低減レベルに応じて、受信感度も改善する結果となっています。新たに開発したNFZシリーズは、セルラー帯でのインピーダンス特性が優れており、受信感度対策に効果的です。


スピーカー、イヤホンの
              アイソレーション対策

図2 イヤホン接続部への対策例



効率良くアンテナから電波を出すには、アンテナ単体が独立している必要があります。

ただし、実際にはアンテナ周辺に電子回路が配置されており、アンテナと電子回路とが結合してアンテナ特性を劣化させることがあります。

対策としては、以下の二通りが考えられます。

① 音声回路とアンテナを物理的に離す方法

② 電気的に分離する方法(アイソレーション)


近年のスマートフォンは回路の高密度化のために、①の手法を採用することが難しく、②の電気的に分離する方法が求められています。

アイソレーションを行うためには、結合する経路もしくは回路の接続部のインピーダンスを大きくして、あたかも回路が接続されていないように見せることが重要となります。

図2はイヤホンが接続される部分に対策を施した例になります。(測定結果TRPはアンテナから放射される電力の大きさを示したものです。)

セルラー帯で高インピーダンスとなる音声ライン用ノイズフィルタ(NFZシリーズ、LQWシリーズ)を使用することで、アイソレーションが確保され、対策前よりも効率良く電波を出すことができるように改善できます。


マイクのTDMA対策

図3 音声ラインフィルタ使用によるノイズ低減効果


マイク集音される音は微少であるために、コーディックに内蔵されたLNA(ローノイズアンプ)で増幅して、音が検出されます。一般的にLNAの受信端は高インピーダンスであるため、無線通信のRF信号が侵入すると、大きな電圧として検出されてしまいます。

特にGSM通信時には、RF信号が音声帯域に検波されて、スピーカーやレシーバー、さらには通話相手のレシーバーに不快音(Buzz noise)を発生させることがあります。(キードキャリアノイズ)これは、GSMで使われている方式の特徴で、4.6ms間隔で33dBmもの電力を放射する仕様となっているため、周波数成分である217Hzが音として聞こえてしまう問題で、世界中で今もなお対策が求められています。

この対策では、RF信号侵入防止用として、通信帯域でインピーダンスが高く音声に影響を与えないフィルタが有効です。

図3のようにフィルタを挿入しない場合には大きな可聴領域(20Hz~20kHz)のノイズスペクトルが検出されていたのに対し、音声ラインフィルタNFZ15SGを使用することで大幅にノイズレベルを低減させることができます。


Murata Icon X 音声ラインフィルタラインアップ一覧

以上で解説したように、音声ラインでのノイズ対策/アイソレーション対策では、ノイズレベルや受信感度でターゲット特性を満たすと同時に、音質を劣化させないことが重要です。

  

この両方を満足するために、村田製作所では、音声ライン用ノイズフィルタのNFZシリーズ、LQWシリーズをご用意しました。

これらの音声ライン用の対策部品を採用することで、小型で高音質のオーディオ回路を搭載したスマートフォンを設計することができます。


NFZシリーズ

品 名
インピーダンス
at900MHz(Ω)
インピーダンスat1.7GHz(Ω)
直流
抵抗
(Ω)
定格
電流
(A)
製品サイズ
 (高さMax)
(mm)
Typ.
Min.
Typ.
Typ.
NFZ15SG101SN11
100 70 160 0.07 1.1
1.0x0.5
(0.55)
NFZ15SG151SN11
150 100 250 0.09 1.0
NFZ15SG331SN11
330 230 540 0.2 0.65
NFZ15SG771SN10
770 530 900 0.35 0.5
NFZ15SG152SN10
1500 1000 1200 0.55 0.4
NFZ15SG262SN10
2600 1800 1450 0.8 0.35
NFZ15SG462SN10
4600 2800 1800 1.25 0.27
品 名
インピーダンス
at100MHz(Ω)
直流抵抗(Ω)
定格電流(A)
製品サイズ
 (高さMax)
(mm)
Typ.
85℃
125℃
NFZ18SM121SN10
120±25%
0.11 1.25 1.1
1.6x0.8
(0.95)
NFZ18SM251SN10
250±25%
0.15
1.1 1.0
NFZ18SM501SN10
500±25%
0.2 0.95 0.85
NFZ18SM701SN10 700±25%
0.23 0.8 0.8




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