將音頻接口運用于IoT設備

 

在IoT社會(huì )中，AI揚聲器(智能揚聲器)的市場(chǎng)迅速擴大。AI揚聲器與傳統型ICT設備的不同點(diǎn)在于，其接口是通過(guò)音頻使人與設備相互聯(lián)系，而其關(guān)鍵設備則是作為聲音傳感器的麥克風(fēng)。TDK提供有使用半導體微細加工技術(shù)開(kāi)發(fā)的各類(lèi)MEMS麥克風(fēng)。

 

使用MEMS麥克風(fēng)時(shí)重要的是確保無(wú)失真地傳輸信號波形的電路技術(shù)、噪音對策，以及防止人體產(chǎn)生的ESD通過(guò)麥克風(fēng)的小孔侵入到電路內的ESD對策。

 

通過(guò)同時(shí)使用噪音濾波器與貼片壓敏電阻抑制TDMA噪音以及ESD(靜電放電)

 

TDMA噪音產(chǎn)生機制

 

通信電波的高頻信號侵入到麥克風(fēng)線(xiàn)中時(shí)，揚聲器會(huì )發(fā)出稱(chēng)為"蜂鳴(buzz)"或"蜂鳴噪音(buzz noise)"的雜音(令人不適的可聽(tīng)聲)。由于以前在TDMA(時(shí)分多址)方式的電話(huà)中出現過(guò)重大問(wèn)題，因此普遍稱(chēng)為T(mén)DMA噪音。圖1所示為在智能手機中連接耳機麥克風(fēng)時(shí)產(chǎn)生TDMA噪音事例的示意圖。進(jìn)行蜂窩通信時(shí)，高頻信號侵入到麥克風(fēng)線(xiàn)中導致產(chǎn)生TDMA噪音。

 

圖1：TDMA噪音發(fā)生事例(示意圖)

 

具有代表性的TDMA方式是在歐美及亞洲等世界各地廣泛使用的手機標準GSM。在GSM通信中通過(guò)4.615ms周期的間歇性突發(fā)信號進(jìn)行傳遞。該突發(fā)周期為217Hz的可聽(tīng)范圍頻率，因此在不采取對策的情況下會(huì )聽(tīng)到雜音，因此有必要將其去除。

 

圖2：GSM通信中TDMA噪音發(fā)生機制

 

通過(guò)同時(shí)使用MAF與貼片壓敏電阻對于抑制TDMA噪音擁有極佳的效果

 

TDK開(kāi)發(fā)了音頻線(xiàn)用噪音濾波器MAF系列作為抑制此類(lèi)問(wèn)題的元件。通過(guò)將MAF系列用于麥克風(fēng)線(xiàn)中，能夠在不降低音頻質(zhì)量的情況下抑制TDMA噪音。

 

同時(shí)，在移動(dòng)設備中，開(kāi)關(guān)及麥克風(fēng)的小孔會(huì )成為人體產(chǎn)生的ESD的入口，因此需要采取ESD對策。貼片壓敏電阻可保護電路免受ESD(靜電放電)及浪涌等的影響，同時(shí)在通常情況下發(fā)揮著(zhù)電容器的功能，因此還擁有抑制噪音的效果(圖3)。

 

圖3：貼片壓敏電阻的功能

 

圖4所示為噪音濾波器MAF系列與貼片壓敏電阻的麥克風(fēng)線(xiàn)噪音對策事例及其效果。

 

通過(guò)MAF與貼片壓敏電阻的濾波器電路，與只有MAF單體的情況相比，其蜂窩帶的插入損失更大。最終使TDMA噪音等級得到大幅改善。(圖5)

 

圖4：MAF系列與貼片壓敏電阻的麥克風(fēng)線(xiàn)噪音對策

 

圖5：MAF與貼片壓敏電阻濾波器電路的TDMA噪音抑制效果

 

通過(guò)同時(shí)使用噪音濾波器與貼片壓敏電阻改善接收靈敏度，抑制ESD(靜電放電)

 

內置于移動(dòng)設備中的天線(xiàn)接近麥克風(fēng)以及揚聲器等音頻線(xiàn)。為此，天線(xiàn)與音頻線(xiàn)相結合后會(huì )引起蜂窩及WiFi通信的接收靈敏度降低。(圖6)

 

圖6：天線(xiàn)與麥克風(fēng)線(xiàn)的結合

 

由此，隔離天線(xiàn)與音頻線(xiàn)可改善接收靈敏度。TDK通過(guò)使用新開(kāi)發(fā)的MAF系列作為音頻線(xiàn)用噪音濾波器，提高結合電路的阻抗。最終成功隔離了天線(xiàn)與音頻線(xiàn)，改善了接收靈敏度。(圖7)

 

圖7：MAF系列的插入損失-頻率特性與接收靈敏度的改善效果

 

同時(shí)，與抑制TDMA一樣通過(guò)同時(shí)使用貼片壓敏電阻與MAF系列，在抑制ESD的同時(shí)還可更為有效地改善接收靈敏度。(圖8)

 

圖8：通過(guò)同時(shí)使用貼片壓敏電阻提高接收靈敏度的效果

 

總結

 

使用以上說(shuō)明的噪音濾波器MAF系列以及貼片壓敏電阻AVR系列可獲得如下效果。

 

●抑制TDMA噪音

●改善蜂窩或WiFi通信的接收靈敏度

●由于是低THD+N特性，因此可實(shí)現低失真，同時(shí)由于其電阻較低，因此信號劣化較少，從而可實(shí)現高音質(zhì)

●兼顧ESD對策與抑制噪音(貼片壓敏電阻)

 

用于抑制麥克風(fēng)線(xiàn)TDMA噪音、改善接收靈敏度以及抑制ESD(靜電放電)的推薦產(chǎn)品

 

TDK推薦用于抑制麥克風(fēng)線(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡(luò )頻帶(700MHz~1GHz、 1.5GHz~2.8GHz)以及WiFi (2.4GHz、3~5GHz) 的TDMA噪音、改善接收靈敏度、抑制ESD的MAF系列與貼片壓敏電阻AVR系列的產(chǎn)品組合示例如下所示(圖9)。

 

MAF系列由于Rdc(直流電阻)較低，因此能夠通過(guò)蜂窩帶對策用＋WiFi對策用，亦或2.4GHz帶WiFi對策用+3~5GHz帶WiFi對策用等串聯(lián)連接兩種MAF進(jìn)行使用。請配合目的進(jìn)行選擇。

 

圖9：麥克風(fēng)線(xiàn)中MAF與貼片壓敏電阻AVR的組合示例

 

以上就是TDK針對揚聲器噪音的產(chǎn)品對策介紹，不知道您有沒(méi)有一些啟發(fā)呢？