SubTitleIconNo01前言


最近随着“边听音乐边运动”的情形的增加,无线耳机的人气也在飙升。

智能手机与无线耳机间的通信大多使用Bluetooth,但有时可能会因通信不佳而发生跳音,必须采取对策。
 
这在用户评价上是个非常重要且难以解决的课题。
这里我们假设实际的案例,对造成跳音的设备内干扰机制和改善要点进行解说,介绍有助于解决课题的对策方法。

希望能为您顺利设计助一臂之力。

SubTitleIconNo02设计时的烦恼


设计时的烦恼主要有2个。

  1. 跳音对策必须要解决的是头戴式耳机设备内的干扰
  2. 头戴式耳机中尤其如图1所示的左右分离的立体声无线头戴式耳机,安装面积受到限制。

图1.设计时的烦恼

这里非常重要的是“1.”所说的的无线耳机设备内的干扰


SubTitleIconNo03对头戴式耳机设备内干扰对策的验证


大多数案例显示发生头戴式耳机设备内干扰的原因是因为设备内不需要的电波与通信所需的信号重叠,成为杂音而发生跳音。

这里我们使用市售品,为了确认即便是Bluetooth,设计上有无设备内干扰对策在发生跳音容易度上的差别,测定确认了2.4GHz信号的最小接收电平。

从设备内干扰的观点来说,如果图表显示值大则即便信号微弱也能进行通信,不容易发生跳音。

确认到各种产品有各种电平,为什么会如此不同呢? 

因为什么而产生如此的差距?我们用观测到跳音多的产品A和不多的产品D进行了确认。


图2.跳音的測定


为了知道产品A和产品D的最小接收电平的不同,我们用天线观察了接收的噪声谱。用Bluetooth天线进行通信的信号流动,有噪声时发生通信故障。


图3.中左边是接收灵敏度好的产品D,右边是灵敏度差的产品A。
图表中的红色是电源off状态的噪声电平,蓝色是叠行状态的噪声电平。

如果是Bluetooth的情况,由于会进行跳跃,故作为窄带频谱可见通信信号。在灵敏度好的产品D只确认到通信信号,未见其他的频谱。

而在灵敏度差的产品A确认到具有数MHz左右频带的频谱。(红色标记)

由于Bluetooth在通信时进行跳频,在进行通信的全频带发生这样的噪声谱时,通信信号和噪声混合在一起,使得灵敏度变差。

图3.跳音测量结果的产品比较

为了查找红色标记的宽带噪声的原因,我们对产品D的基板表面的磁场分布进行了测定。(图4)
由于噪声发生源因耳机和状况而不同,故实际采取噪声对策时,预先确定有效降噪的电路部位十分重要。

图4右边是频率固定在2.4GHz时的磁场分布强度的结果。红色部分表示磁场强,Bluetooth的RF-IC、尤其是DC-DC转换器电路部分磁场强度强,可能是有效的噪声对策部位。

此噪声是在内部生成电源时的开关噪声,估计开关频率的高次谐波为2.4GHz带为止会发生。

图4.产品D的基板表面的磁场分布进行了测定


下面就对策方法做一下介绍。

即按照图5所示的测定环境进行测定,对Bluetooth天线耦合的噪声进行测定的结果。
观测到极大的噪声,需要降低电平的噪声对策。

图5.对Bluetooth天线耦合的噪声进行测定的结果


采取Bluetooth的噪声对策时,对策部位有两处。

一个是电源线路,另一个是时钟线路。

电源线路因开关而产生高次谐波,时钟信号的高次谐波达到2.4GHz带,故对Bluetooth信号来说都成为噪声。有效的降噪对策是滤波以抑制噪声的传导。
村田已将2种旨在去除2.4GHz带噪声的滤波器商品化。

一个是用于电源线路的BLF02RD、LQZ02HQ,另一个是用于时钟线路的LQZ02HQ系列。

BLF02RD的详情请点击这里 >

LQZ02HQ的详情请点击这里 >

下面分别介绍它们的特性。

表1和图6中的图表是这次噪声对策所用的BLF02RD、LQZ02HQ具有代表性的电气规格和插入损失频率特性。

电源线路、时钟线路成为较大噪声源的案例很多,对这些电路部位适当使用滤波器很有效。

表1.电气规格

型号 目标频率 阻抗
@2.4GHz
额定电流/
直流电阻
Feature Target
circuit
BLF02RD
2.4GHz
330Ω
330mA
/0.6Ω
宽带噪声的
对应
电源线路
470Ω
200mA
/0.9Ω
LQZ02HQ
580Ω
200mA
/0.55Ω
窄带噪声的
对应
电源线路/
时钟线路

图6.插入损失频率特性

SubTitleIconNo04测定结果(天线耦合噪声)


这是Bluetooth通信时天线耦合的噪声谱的测定结果。

在电源线路插入了BLF02RD。窄带噪声能改善5dB左右,确认了BLF02RD有降噪功效。

BLF02RD的详情请点击这里 >

LQZ02HQ的详情请点击这里 >


图7.电源线路:BLF02RD的测定结果


同样在电源线路插入了LQZ02HQ。
同样确认了对窄带噪声能改善约5dB。

图8.电源线路:LQZ02HQ的测定结果

接着是在时钟线路插入LQZ02HQ时的波形和噪声谱。

由于低频的衰减特性小,LQZ02HQ能维持信号品位,只去除有问题的2.4GHz带的频谱。
因此是时钟之类的信号线路的有效对策。

图9.时钟线路:LQZ02HZ的测定结果


SubTitleIconNo05总结


在这次的案例中,对DC-DC转换器电路插入噪声滤波器虽然有效,但在有的情况下噪声源不同。
前面的例子所示的确认方法只是一个案例,确定噪声源对研讨噪声对策是非常重要的。

根据电路部位,推荐的噪声滤波器不同,备有BLF02RD/LQZ02HQ。
电源线路推荐BLF02RD/LQZ02HQ,时钟线路推荐LQZ02HQ。
每个系列都在2.4GHz高频率下衰减量大,可期待在噪声衰减方面有较大效果。

这次的案例中,介绍了来自同一电路内的噪声干扰Bluetooth通信信号时的噪声对策例子。
我们认为这是对Bluetooth以外以2.4GHz频率通信的设备也同样能适用的技术,在2.4GHz高频率下高效噪声对策元件已达到0.4mm×0.2mm超小型尺寸,即便要增加元件也能节省面积地搭载。

希望能对您的跳音对策、小型设计有所帮助。