Artikel ini membahas secara singkat penyebab dan akibat dari ESD dan EMI dalam sistem audio seluler. Kemudian membahas penggunaan ESD penekan dan EMI filter untuk memitigasi ancaman ini. Terakhir, ia membandingkan tiga solusi saat ini. Bahan dan teknologi modern telah menyebabkan seringnya terjadinya pelepasan elektrostatik (ESD) dan interferensi elektromagnetik (EMI), yang menimbulkan risiko signifikan. Pakaian kita dan benda-benda yang bersentuhan dengan kita dapat menghasilkan listrik statis. Teknologi digital juga menghasilkan interferensi elektromagnetik. ESD dapat merusak komponen elektronik pada ponsel. Meskipun ponsel mudah diganti, namun dapat menimbulkan kerugian besar bagi penggunanya. Perancang sirkuit telepon harus memastikan bahwa tindakan yang diperlukan telah diambil untuk menghilangkannya Kerusakan ESD.

EMI di sirkuit audio dapat menghasilkan kualitas suara yang buruk, dengan masalah suara seperti desis, letupan, dan dengungan. Pengguna telepon seluler tidak dapat mentolerir gangguan seperti itu. Oleh karena itu, upaya harus dilakukan untuk menyaring EMI di sirkuit audio.

1. Pelepasan Listrik Statis (ESD): Penyebab, Akibat, dan Penindasan

1.1 Penyebab

Kita semua pernah mengalami dampak listrik statis. Kita telah menyaksikannya secara kilat sejak zaman prasejarah kita sebagai penghuni gua. Penyakit ini masih menjadi ancaman besar saat ini dan tersebar dimana-mana. Saat menyisir rambut kita dengan sisir plastik, kita dapat mengamati timbulnya muatan listrik statis. Jika Anda mendekatkan lengan Anda ke layar televisi, Anda dapat melihat bulu-bulu di lengan Anda berdiri. Ini juga merupakan contoh efek listrik statis.

Saat Anda membuka pintu mobil dan keluar, Anda mungkin mengalami sengatan listrik yang berasal dari muatan listrik statis. Ketika rumah dan tempat kerja semakin dipenuhi dengan peralatan listrik, listrik statis selalu menjadi bahaya. Orang yang terlibat dalam pembuatan atau perbaikan peralatan listrik melindungi diri mereka sendiri dan peralatan kerja mereka dengan membumikan diri mereka sendiri, sehingga mencegah cedera yang disebabkan oleh muatan listrik statis dari peralatan listrik.

Konsekuensi 1.2

Kita dapat melihat petir menyambar bangunan dan pepohonan, menunjukkan kekuatan destruktifnya. Pelepasan muatan listrik dalam jumlah kecil sekalipun dapat merusak sirkuit elektronik sensitif jika perlindungan ESD tidak optimal. Ponsel memiliki tingkat perlindungan ESD tertentu. Koneksi eksternal ke sirkuit audio adalah sumber ESD yang paling umum. Cukup mencolokkan headphone atau speaker berpotensi membuat ponsel terkena ESD.

1.3 Penindasan

Seperti semua produk, ponsel harus diuji ESD Menurut IEC 61000-4-2 peraturan. Peraturan tersebut menetapkan bahwa telepon harus tahan terhadap pelepasan udara sebesar 15 kV (melalui jaringan 330Ω/150 pF), yang kira-kira setara dengan arus 45 A yang berlangsung setidaknya selama 1 nanodetik. Dalam skenario ini, ponsel akan terus berfungsi tanpa mengalami kerusakan. Perbandingan ini mengacu pada pulsa berenergi tinggi dan ESD eksperimen model tubuh manusia. Perlindungan ESD tambahan harus ditambahkan di setiap titik masuk ESD potensial untuk melindungi chip utama. Secara umum, perangkat untuk menekan ESD menghasilkan keluaran yang dapat dikontrol yang dikenal sebagai tegangan penjepit.

Gambar di bawah menunjukkan output (tegangan penjepit) dari perangkat proteksi ESD jika terjadi peristiwa ESD.

2. Interferensi Elektromagnetik (EMI) – Penyebab, Akibat, dan Filter

2.1 Penyebab

Ketika arus mengalir, medan magnet dihasilkan di sekitar konduktor. Ketika arus berubah, medan magnet juga berubah. Oleh karena itu, menyalakan/mematikan arus saja dapat menyebabkan perubahan medan magnet. Perubahan medan magnet ini dapat menginduksi sinyal pada konduktor terdekat. Ini adalah prinsip dasar kelistrikan.

Listrik baik rumah tangga maupun industri menggunakan arus AC dengan frekuensi 50Hz atau 60Hz. Frekuensi-frekuensi ini termasuk dalam rentang yang dapat didengar. Ketika arus terus berubah, konduktor terdekat dengan frekuensi yang sama dapat menghasilkan sinyal. Jika Anda pernah menggunakan sistem Hi-Fi dengan pemutar dan amplifier terpisah, dan jika sasisnya tidak dihubungkan bersama, Anda mungkin mendengar suara mendengung.

Sekarang, mari kita perhatikan sinyal yang terus berubah di dunia elektronik saat ini:
– Input/output perangkat audio dapat menghasilkan EMI melalui radiasi dan konduksi, yang kemudian memancarkan sinyal frekuensi radio frekuensi lebih tinggi, yang menyebabkan distorsi sinyal.
– Antena ponsel (pulsa TDMA) memancarkan sinyal frekuensi radio, yang dapat diterima oleh headphone berkabel panjang, menyebabkan gangguan EMI pada jalur sinyal audio.
GSM (Sistem Global untuk Komunikasi Seluler) menggunakan akses ganda pembagian frekuensi dan akses ganda pembagian waktu untuk mengirimkan banyak panggilan telepon secara bersamaan, seperti yang ditunjukkan pada diagram di bawah.

Ponsel tertentu hanya diluncurkan pada waktu yang dimilikinya. Frekuensi dasar sinyal paket adalah 1/4.615 ms = 217Hz. Frekuensi harmoni adalah 434Hz, 651Hz, dan seterusnya. Frekuensi ini dapat didengar. Seperti terlihat pada gambar di bawah ini, paket sinyal ponsel.

Hasil 2.2

Ketika ponsel berkomunikasi dengan stasiun pangkalan, atau kedua ponsel berdekatan, pulsa transmisi melewati saluran audio melalui amplifier, speaker, atau kabel headset headset. Akibatnya, kualitas audio menurun secara signifikan.

Filter 2.3

Filter EMI harus ditempatkan sedekat mungkin dengan titik masuknya interferensi EMI, untuk menjamin kualitas audio semaksimal mungkin.
Pilihan filter harus didasarkan pada bandwidth, frekuensi cutoff, dan karakteristik atenuasi stopband. Faktor lain dalam menghasilkan suara berkualitas tinggi adalah distorsi harmonik total (THD). THD yang buruk dapat merusak kualitas suara sistem audio yang bagus. Idealnya, nilai THD filter EMI harus lebih baik daripada nilai THD rantai sinyal terlemah.
Ciri-ciri perwakilannya antara lain:
• Redaman stopband minimal -25 dB untuk pita frekuensi 800-2480 MHz
• Redaman stopband minimal -20 dB untuk pita frekuensi 10-800 MHz
• Jalur MIC dengan THD+N (0.03%) tidak kurang dari -70 dB(A), menghasilkan audio berkualitas tinggi.
Pertimbangkan ruang papan sirkuit
Ponsel semakin banyak menggabungkan fungsi multimedia, seperti GPS, MP3, FM, Bluetooth, dan DVB-H. Fungsi-fungsi ini memerlukan ruang papan sirkuit tambahan. Desainer harus memberikan ruang untuk solusi ESD dan EMI.

3. Perbandingan Tiga Solusi

3.1 Solusi Diskrit

Solusi ini menggunakan 24 komponen terpisah untuk membentuk penekan ESD dan filter EMI. Namun, solusi ini tidak dioptimalkan karena biaya dan keandalan dibatasi oleh 24 komponen terpisah.

3.2 Keramik Co-fired Suhu Rendah (LTCC) dan Larutan Varistor

Filter LTCC EMI dapat secara efektif memenuhi persyaratan penyaringan. Namun, varistor memiliki tegangan penjepitan yang tinggi (VCL maksimum > 100V), yang tidak memberikan perlindungan optimal untuk chip ESD sub-mikron yang sensitif.

3.3 Perangkat Pasif dan Aktif Terintegrasi

Teknologi ini menggabungkan dioda proteksi dan komponen pasif, seperti resistor dan kapasitor densitas tinggi, dalam sirkuit terintegrasi seperti chip silikon. Dibandingkan dua solusi sebelumnya, keunggulan solusi iPad adalah sebagai berikut:
• Dapat memenuhi semua persyaratan penekanan ESD dan penyaringan EMI.
• Dapat menghemat banyak ruang pada papan sirkuit (sekitar 78%).
• Menggunakan perangkat silikon alami, perangkat ini memberikan keandalan yang lebih signifikan dan biaya pengoperasian yang lebih rendah.

4. Kesimpulan

Artikel ini memperkenalkan penyebab dan potensi konsekuensi ESD dan EMI pada antarmuka audio seluler, dan membahas secara singkat persyaratan untuk penekanan ESD dan pemfilteran EMI.

Membandingkan solusi perlindungan ESD dan penyaringan EMI terintegrasi yang tersedia, solusi ini dapat memberikan perlindungan ESD terbaik (VCL terendah) dan redaman stopband terbaik, serta kondisi menguntungkan lainnya seperti peningkatan keandalan dan biaya pengoperasian yang lebih rendah.

Tags:ESD61000-2