無線耳機(jī)設(shè)備中干擾機(jī)制的實(shí)際案例

隨著無線耳機(jī)越來越普及，藍(lán)牙的使用也日漸增多。無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)通常用于智能手機(jī)和耳機(jī)之間的通信。但是，由于通信誤差，音頻可能會跳過，因此需要采取對策。Murata研究了這一棘手問題，描述了解釋設(shè)備中干擾機(jī)制（導(dǎo)致音頻跳過）的實(shí)際案例。Murata研究了解決這個問題的實(shí)用對策。

設(shè)計問題/范圍

Murata認(rèn)為主要有兩種設(shè)計問題。

?耳機(jī)設(shè)備內(nèi)的干擾，絕對需要一種解決音頻跳過問題的方法

? 耳機(jī)中有安裝區(qū)域限制（下方圖1），包括真無線耳機(jī)，左側(cè)和右側(cè)分開。

第一個設(shè)計問題 — 耳機(jī)設(shè)備內(nèi)的干擾在這里最為重要。

對策驗(yàn)證

在許多內(nèi)部耳機(jī)干擾情況下，器件內(nèi)不需要的無線電微波疊加在通信所需的信號之上。這會產(chǎn)生噪聲并導(dǎo)致音頻跳過。

Murata使用商業(yè)產(chǎn)品測量2.4GHz信號的最低接收水平。它希望驗(yàn)證由于設(shè)計對策防止藍(lán)牙設(shè)備內(nèi)干擾而導(dǎo)致的音頻跳過的可能性。

在內(nèi)部器件干擾方面，即使信號弱，大圖值也可指示通信，音頻也不太可能跳過。Murata根據(jù)產(chǎn)品確認(rèn)各種等級，同時還希望找出不同之處。

Murata通過產(chǎn)品A（經(jīng)常觀察音頻跳過）和產(chǎn)品D（問題不常見）驗(yàn)證出現(xiàn)這種差異的原因。

圖2：音頻跳過測量

為了了解產(chǎn)品A和產(chǎn)品D的最低接收水平之間的差異，Murata觀察了天線接收的噪聲頻譜。信號通過藍(lán)牙天線進(jìn)行通信，但如果噪聲進(jìn)入信號流，則會發(fā)生通信故障。

圖3（下方）左側(cè)顯示產(chǎn)品D，其接收靈敏度良好，而右側(cè)顯示產(chǎn)品A，其靈敏度差。

圖中紅色區(qū)域顯示電源關(guān)閉時的噪聲水平，藍(lán)色區(qū)域顯示配對時的噪聲水平。

藍(lán)牙采用跳頻，因此通信信號顯示為窄帶頻譜。由于靈敏度高，僅在產(chǎn)品D上驗(yàn)證通信信號，沒有出現(xiàn)其他頻譜。

相比之下，在產(chǎn)品A上確認(rèn)了幾個MHz頻段的頻譜，其靈敏度（紅色標(biāo)記）很低。

因?yàn)樗{(lán)牙使用跳頻，當(dāng)所有通信頻段出現(xiàn)這種噪聲頻譜時，噪聲會與通信信號混合，降低靈敏度。

圖3：音頻跳過測量結(jié)果產(chǎn)品比較

為了調(diào)查紅色標(biāo)記所顯示寬帶噪聲的原因，Murata測量了產(chǎn)品D板表面的磁場分布（下方圖4）。

由于噪聲源在實(shí)際噪聲抑制方面有所不同，取決于設(shè)置和情況，因此必須提前確定有效降噪的電路位置。

圖4右側(cè)顯示頻率固定在2.4GHz時磁場分布強(qiáng)度的結(jié)果。紅色區(qū)域表示強(qiáng)磁場。這表示藍(lán)牙RFIC在直流-直流轉(zhuǎn)換器電路區(qū)域具有超高磁場強(qiáng)度，將成為噪聲抑制的有效位置。

該噪聲是開關(guān)噪聲，內(nèi)部產(chǎn)生功率時會發(fā)生。Murata假定開關(guān)頻率的較高諧波發(fā)生在2.4GHz頻段。

圖4：測量產(chǎn)品D板表面上的磁場分布

Murata對處理音頻問題的對策進(jìn)行了調(diào)查。

圖5（下方）顯示用于測量的測量環(huán)境以及與藍(lán)牙天線耦合的噪聲測量結(jié)果。

觀察到極高噪聲水平，因此需要進(jìn)行噪聲抑制，以降低噪聲水平。

圖5：與藍(lán)牙天線耦合的噪聲的測量結(jié)果

Murata在實(shí)施藍(lán)牙噪聲抑制時確定有兩個關(guān)鍵實(shí)施方面。

第一方面是電源線路，第二方面是時鐘線路。

由于電源線路通過開關(guān)產(chǎn)生更高諧波，時鐘信號的更高諧波擴(kuò)展到2.4GHz頻段，因此在藍(lán)牙信號中產(chǎn)生噪聲。濾波是抑制噪聲傳導(dǎo)的有效方法。

Murata將兩種濾波器商業(yè)化，設(shè)計用于消除2.4GHz頻段的噪聲。

第一類包括用于電源線路的BLF02RD和LQZ02HQ濾波器，第二類包括用于時鐘線路的LQZ02HQ系列。

表1和圖 6（均在下方）顯示了本實(shí)例中用于噪聲抑制的BLF02RD和LQZ02HQ濾波器的典型電氣規(guī)格和插入損耗頻率特性。

許多情況下，電源線路和時鐘線路是主要的噪聲源，在這些電路區(qū)域使用適當(dāng)?shù)臑V波器是有效的解決方案。

表1：電氣規(guī)格

圖6：插入損耗頻率特性

測量結(jié)果（天線耦合噪聲）

這些是在藍(lán)牙通信時與天線耦合的噪聲頻譜測量的結(jié)果。

BLF02RD濾波器插入電源線路（下方圖7）。這樣，Murata能夠?qū)⒄瓗г肼曁岣呒s5dB。如此證明，BLF02RD濾波器是一套有效的解決方案。

圖7：電源線路：BLF02RD測量結(jié)果

同樣，LQZ02HQ濾波器插入電源線路（下方圖8）。Murata在窄帶噪聲方面也取得了類似水平的改進(jìn)，大約為5dB。

圖8：電源線路：LQZ02HQ測量結(jié)果

為了繼續(xù)下去，Murata將LQZ02HQ濾波器插入時鐘線路，觀察波形和噪聲頻譜（下方圖9）。

由于LQZ02HQ濾波器具有很少的低頻衰減特性，因此僅消除了2.4GHz頻段中的問題頻譜，同時保持信號質(zhì)量。

Murata得出以下結(jié)論：它是抑制信號線路（例如時鐘）中噪聲的一種有效方法。

圖9：時鐘線路：LQZ02HZ測量結(jié)果

總結(jié)

這種情況下，將噪聲濾波器插入直流-直流轉(zhuǎn)換器電路非常有效，但某些情況下，噪聲源可能有所不同。上個示例中探索的驗(yàn)證方法僅僅是一個例子，但確定噪聲源對于處理噪聲抑制至關(guān)重要。

Murata建議在不同電路區(qū)域使用BLF02RD/LQZ02HQ系列噪聲濾波器。兩個系列均適用于電源線路，LQZ02HQ系列也適合用于時鐘線路。BLF02RD/LQZ02HQ系列在2.4GHz高頻范圍內(nèi)具有顯著衰減，預(yù)計可提供顯著噪聲衰減。

這種情況下，Murata推出一個噪聲抑制示例，其中同一電路中的噪聲干擾藍(lán)牙通信信號。該技術(shù)還可用于通信頻率為2.4GHz的非藍(lán)牙設(shè)備。Murata實(shí)施的噪聲抑制元件在2.4GHz高頻范圍內(nèi)非常有效，采用0.4mm x 0.2mm超小型尺寸，可節(jié)省空間。Murata推薦其元件，防止微型化音頻跳出。

原文標(biāo)題：無線耳機(jī)噪聲抑制解決方案

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