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巧妙布线改善蜂窝电话的音质

来源:机房360 作者:尕刺编辑 更新时间:2011/7/26 10:01:47

摘要:蜂窝电话包含数字电路和模拟电路,为了防止数字噪声对敏感的模拟电路的干扰,必须将二者分隔开。把PCB划分成数字区和模拟区有助于改善此类电路布线性能,虽然蜂窝电话的RF部分通常被当作模拟电路处理,但许多设计中需要关注的一个共同问题是RF噪声,需要防止RF噪声耦合到音频电路,经过解调后产生听觉噪音。

  随着科技的不断发展,虽然蜂窝电话的音频功能在持续增加,但给予音频电路PCB布线的关注却很少。任何PCB设计的第一步当然是选择每个元件的PCB摆放位置。仔细的元件布局可以减少信号互连、地线划分、噪音耦合以及电路板的占用面积。

为了解决上述问题,需要把RF电路和模拟电路中的音频电路尽可能分隔开。将PCB划分成模拟、数字和RF区域后,需要考虑模拟部分的元件布置。元件布局要使音频信号的路径最短,音频放大器要尽可能靠近耳机插孔和扬声器放置,使D类音频放大器的EMI辐射最小,耳机信号的耦合噪音最小。模拟音频信号必须尽可能靠近音频放大器的输入端,使输入耦合噪声最小。所有输入引线对RF信号来说都是一根天线,缩短引线长度有助于降低相应频段的天线辐射效应。

图1给出的是一个不合理的音频元件布局,其中比较严重的问题是音频放大器离音频信号输入太远,由于引线从嘈杂的数字电路和开关电路附近穿过,从而增加了噪音耦合的几率。较长的引线也增强了RF天线效应。在GSM蜂窝电话中,采用的是GSM技术,这些天线能够拾取GSM发射信号,并将其馈入音频放大器。几乎所有放大器都能一定程度上解调217Hz包络,在输出端产生噪音。糟糕时,噪音可能会将音频信号完全淹没掉,缩短输入引线的长度能够有效降低耦合到音频放大器的噪声。


  图1所示元件布局还存在的另外一个问题是运放距离扬声器和耳机插座太远。如果音频放大器采用的是D类放大器,较长的耳机引线会增大该放大器的EMI辐射。这种辐射有可能导致设备无法通过各地政府制定的测试标准。较长的耳机和麦克风引线还会增大引线阻抗,降低负载能够获取的功率。

最后,因为元件布置得如此分散,元件之间的连线将不得不穿过其它子系统。这不仅会增加音频部分的布线难度,也增大了其它子系统的布线难度。

重新排列的元件能够更有效地利用空间,缩短引线长度。注意,所有音频电路分配在耳机插孔和扬声器附近,音频输入、输出引线比上述方案短得多,PCB的其它区域没有放置音频电路。这样的设计能够全面降低系统噪音,减小RF干扰,并且布线简单。
为特定的系统设计最佳的地线布局并非易事,这里给出了适用于所有系统的一般性规则。

1.为数字电路建立一个连续的地平面——地层的数字电流通过信号路径返回,该环路的面积应保持最小,以降低天线效应和寄生电感。确保所有数字信号引线具有对应的接地通路,这一层应该与数字信号引线覆盖相同的面积,具有尽可能少的断点。地层的断点会使地电流流过更大的环路。

2.保证地电流隔离——数字电路和模拟电路的地电流要保持隔离,以阻止数字电流对模拟电路的干扰。为了达到这一目标,需要正确排列元件。如果把模拟电路布置在PCB的一个区域,把数字电路布置在另一区域,地电流会自然隔离开。最好使模拟电路具有独立的PCB分层。

3.模拟电路采用星形接地——星形接地是将PCB的一点看作公共接地点,而且只有这一点被当作地电位,蜂窝电话中,电池地端通常被作为星形接地点,所有地电流都将返回这个接地点。音频放大器吸收相当大的电流,这会影响电路本身的参考地和其它系统的参考地。为了解决这一问题,最好提供一个专用的返回回路桥接放大器的功率地和耳机插孔的地回路。注意,这些专用的回路不要穿越数字信号线,因为它们会影响数字信号返回电流。

4.将旁路电容的效能发挥到最大化——几乎所有器件都需要一个旁路电容,以提供电源不能提供的瞬态电流。这些电容需尽可能靠近电源引脚放置,以减少电容和器件引脚之间的寄生电感,电感会降低旁路电容的作用。另外,电容必需具有较低的接地阻抗,从而降低电容的高频阻抗。电容的接地引脚应直接到接地层,不要通过一段引线后再接地。

5.将所有不使用的PCB区域覆铜用作为地层——两片铜箔彼此靠近时,它们之间就会形成一个小的耦合电容。在信号线附近布上地线,信号线上的高频噪声会被短路到地层。

责任编辑:尕刺

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