前言

随着智能手机功能的不断丰富,电池容量呈逐渐增加的趋势,同时出现“短时间内完成充电”的需求。
因此,采用USB Type-C进行快充的方式逐渐增多。

快充系统所使用的DC-DC转换器通过开关将直流转换为矩形波以转换电压,因此会产生开关噪声。




快充的充电电流值较大,因此与传统充电器比较,其开关噪声问题尤为突出。



快充的噪声问题

快速充电器产生的噪声通过基板上的图案或电缆向空中辐射,并进入本机的无线接收天线,从而使接收灵敏度下降。接收灵敏度下降导致可接收范围变小或接收速度降低,从而使设备性能下降。

启动快充后…




①产生开关噪声

②噪声辐射后,耦合到本机的天线

 



③天线灵敏度下降 ④发生通信故障



噪声问题案例

下面介绍因快充噪声导致接收灵敏度下降的例子。
以下数据为快充开始前后的接收灵敏度确认值。条形向下延伸越多,灵敏度越高。
与未充电状态比较,快充时的LTE low band (700~900Mhz) 接收灵敏度有所下降。

观察噪声分布

采用噪声可视化工具确认问题是否来源于基板上的噪声。

[观察基板上的噪声分布]


观察基板上的噪声分布及进入天线的噪声,
发现基板上的噪声谱与耦合到天线的噪声谱相似。


<基板上的噪声谱>


<耦合到天线的噪声>


噪声传导路径

经确认,噪声的传导路径如下:DC-DC转换器产生的噪声从电源输出线经过平滑电容器传导至基板地线,并从图案向外辐射,最终进入天线。

[噪声传导路径]
  ①噪声传导至DC-DC转换器的输出线
  ②噪声从电源线经过平滑电容器传导至基板地线
  ③传导至基板地线的噪声从图案向外辐射,从而降低无线接收灵敏度


静噪建议

根据刚才的调查结果,可以确认噪声从DC-DC转换器的输出单元产生,推测在输出单元中插入铁氧体磁珠会有效果。同样,输入单元也容易产生噪声,因此希望在输入单元也使用铁氧体磁珠。
快速充电时会产生大电流,请选用额定电流较高的铁氧体磁珠。
另外,为应对无线载波频率噪声,应选择高频特性优良的产品。



推荐的滤波器

BLE18PS系列最大支持8A,在GHz频段上可以获得高阻抗,适合该用途。
BLE18PS080SN1
  • Size 1608[mm]
  • Rated current 8[A](at 85°C)
  • Rdc(max) 0.004[ohm]
  • Superior DC superimposing characteristic
 


确认静噪效果

在实机上确认了使用铁氧体磁珠后的静噪效果。
在平滑电容器前插入铁氧体磁珠BLE18PS080SN1。


静噪对接收灵敏度的改善效果

插入铁氧体磁珠,以确认接收灵敏度的改善程度。
比较插入前后快充期间的灵敏度,可以确认在LTE Low band的700MHz-900MHz上,接收灵敏度有所改善。


确认静噪后的噪声分布变化

通过噪声可视化工具确认噪声已减少。
可以确认基板上分布的噪声水平有所降低。

无滤波器

 

有滤波器

静噪前

 

确认噪声水平降低



天线的噪声水平降低

如下图所示,可以确认进入天线的噪声水平降低。




(参考)确认插入滤波器的影响

确认插入滤波器是否会影响DC-DC转换器的效率。发现插入滤波器前后,效率未发生变化,由此可判断对效率无不良影响。


其他静噪要点

本次仅在DC-DC转换器的输出单元插入了滤波器,建议在输入单元也插入滤波器。(BLE18PS080SN1)
本次的验证示例中未出现问题,但有时输入侧也会因开关噪声而出现问题。

滤波器插入点① 充电器IC的输出单元 (平滑电容器前)
滤波器插入点② 充电器IC的输入单元 (输入电容器前)


本次介绍的噪声滤波器 BLE18PS080SN1

外形小巧,但支持最大8A的电流。

内部结构经过精心设计,具有较高的自谐振频率。

同时支持GHz频段的噪声。



产品型号 尺寸 阻抗 at 100MHz 额定电流
at 85℃ at 125℃
BLE18PS080SN1 1.6x0.8x0.6mm 8.5Ω 8A 5A

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尺寸 阻抗 额定电流
at 100MHz at 1GHz at 85℃ at 125℃
BLE18PK100SN1 1.6×0.8×0.8mm 10Ω 45Ω(Typ.) 6A 3.5A
BLE18PK160SN1 1.6×0.8×0.8mm 16Ω 70Ω(Typ.) 5A 2.8A

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