Murata Rauschunterdrückung in der Audioleitung von Smartphones

Was ist eine Audioverzerrung?

Filter, die ohne Auswirkungen auf die Audioqualität das elektromagnetische Rauschen entfernen, eignen sich für den Einsatz als Rauschunterdrückungsprodukte in Audioschaltungen. Der Frequenzbereich des menschlichen Gehörs liegt zwischen 20 Hz bis 20 kHz und es kann davon ausgegangen werden, dass sich die Audioverzerrung auf diesen hörbaren Bereich auswirkt. Um dies in einfachen Worten zu erklären, verwendete Murata einen 1-kHz-Ton als Beispiel. Wenn keine Audioverzerrung vorliegt, wird eine Sinuswelle über den Zeitbereich festgestellt (siehe Abbildung 1, unten), während beim Frequenzspektrum nur eine Grundfrequenz festgestellt wird.

Die Form der Sinuswelle ändert sich jedoch, wenn eine Verzerrung im Audio auftritt. Bei der Überprüfung des Frequenzspektrums werden harmonische Spektrumslinien zusätzlich zur Grundfrequenz angezeigt.

Die Angabe der Messung als Audioparameter führt zu THD + N (Klirrfaktor + Rauschen), was auf das erzeugte harmonische Verhältnis hinweist. Für einen Rauschfilter ist es wichtig, dass keine harmonische Verzerrung auftritt, wenn ein Audiosignal fließt.

Konzeptionelles Diagramm der Audioverzerrung

Rauschunterdrückung mit Verstärkern der Klasse D

Filterlose Verstärker der Klasse D werden zur Verstärkung des Audiosignals in Smartphones verwendet. Diese filterlosen Verstärker der Klasse D erfordern keinen LC-Filter für die Audio-Demodulation, wodurch sie in einer kleinen Schaltung angeordnet werden können, die den Verstärker und den Lautsprecher verbindet. Verfahren, die das Signal verstärken, erzeugen jedoch Schaltgeräusche, die in den umgebenden Raum abgegeben werden und außerdem einen Verlust der Empfangsempfindlichkeit durch die Kopplung mit seiner eigenen Antenne verursachen.

Da dies Rauschen erzeugt, wollte Murata einen anderen Verstärkertyp verwenden. Die filterlosen Verstärker der Klasse D sind aufgrund ihrer Miniaturgröße und ihres überlegenen Wirkungsgrads unerlässlich, da sie eine Reduzierung des Stromverbrauchs des Smartphones ermöglichen.

Abbildung 2 (unten) zeigt ein Beispiel, bei dem das Rauschen mit der Antenne gekoppelt (gestört) wurde. Ein hohes Rauschen ist innerhalb des Mobilfunkbandes zu erkennen.

Der NFZ15SG Audioleitungsfilter von Murata reduziert den Rauschpegel und verbessert abhängig vom reduzierten Pegel die Empfangsempfindlichkeit. Die neuentwickelte NFZ-Baureihe verfügt über hervorragende Impedanzeigenschaften im Mobilfunkband und eignet sich hervorragend zur Verbesserung der Empfangsempfindlichkeit.

Blockdiagramm einer Smartphone-Audioschaltung

Isolierungs-Gegenmaßnahmen für Lautsprecher und Ohrhörer

Damit Funkwellen von der Antenne wirksam ausgesendet werden können, muss die Antenne separat gehalten werden. In der Praxis sind elektronische Schaltungen jedoch mit der Antenne integriert und dementsprechend konfiguriert, wodurch die Eigenschaften der Antenne beeinträchtigt werden.

Die beiden folgenden Methoden können als Gegenmaßnahmen in Betracht gezogen werden:
        1. Die Audio-Schaltung physisch von der Antenne trennen.
        2. Die beiden Elemente elektrisch trennen (Isolierung).

Aufgrund der zunehmenden Schaltungsdichte von Smartphones in den letzten Jahren gestaltet sich die Anwendung von Methode 1 schwierig. Dies bedeutet, dass die Bauelemente wie in Methode 2 elektrisch isoliert sein müssen.

Um eine Isolierung zu ermöglichen muss die Impedanz der integrierten Pfade oder der Schaltungsverbindung erhöht werden, so dass es den Anschein macht, als seien die Schaltungen überhaupt nicht verbunden.

Abbildung 3 (unten) zeigt ein Beispiel für die Anwendung einer solchen Gegenmaßnahme auf den Ohrhöreranschluss. (Das Messergebnis-TRP gibt die Größe der von der Antenne abgestrahlten Leistung an.)

Die Verwendung eines Audioleitungs-Rauschfilters mit hoher Impedanz (NFZ- oder LQW-Baureihe) im Mobilfunkband bietet eine Isolierung und verbessert den Wirkungsgrad der Funkwellenemission im Vergleich zur Antenne ohne Gegenmaßnahmen.

Ein Beispiel für Gegenmaßnahmen für den Ohrhöreranschluss

Mikrofon-TDMA-Gegenmaßnahmen

Da der vom Mikrofon aufgenommene Ton subtil ist, wird er durch den rauscharmen Verstärker (LNA), der in den Codec integriert und als Ton erkannt wird, verstärkt. Der LNA-Empfänger bietet in der Regel eine hohe Impedanz, was bedeutet, dass HF-Signalstörungen aus der drahtlosen Kommunikation als eine hohe Spannung erkannt werden.

Vor allem HF-Signale im Sprachband werden während der GSM-Kommunikation erkannt. Dies kann dazu führen, dass ein Brummton im Lautsprecher und Empfänger des Anrufers sowie im Empfänger der anderen Person auftritt (eingegebenes Trägerrauschen). Dies ist ein Merkmal des Verfahrens, das in der GSM-Kommunikation verwendet wird. Da der Standard die Leistungsemissionen von bis zu 33 dBm in Intervallen von 4,6 ms spezifiziert, wird die 217-Hz-Frequenzkomponente als Ton gehört. Deshalb sind weltweit immer noch Gegenmaßnahmen für dieses Problem erforderlich.

In dieser Gegenmaßnahme ist ein Filter mit hoher Impedanz im Kommunikationsband, der den Ton nicht beeinflusst, eine ideale Methode, um HF-Signalstörungen zu verhindern.

Wie in Abbildung 4 (unten) gezeigt, wird im hörbaren Bereich (20 Hz bis 20 kHz) ein großes Rauschspektrum erkannt, wenn kein Filter eingesetzt wird, während der Einsatz eines NFZ15SG Audioleitungsfilters den Rauschpegel erheblich reduzieren kann.

Durch den Einsatz eines Audioleitungsfilters wird das Rauschen reduziert

Audioleitungsfilter – Stückliste

Wie oben erläutert, muss eine Verschlechterung der Audioqualität unbedingt vermieden werden und gleichzeitig müssen die Zielmerkmale für den Rauschpegel und die Empfangsempfindlichkeit in Audioleitungsrausch- und Isolations-Gegenmaßnahmen erreicht werden.

Um beide Anforderungen zu erfüllen, bietet Murata Audioleitungs-Rauschfilter der NFZ- und LQW-Baureihe an.

Die Übernahme dieser Audioleitungs-Gegenmaßnahmen ermöglicht Herstellern das Design von Smartphones, die mit Miniatur-Audioschaltungen von hoher Qualität ausgestattet sind.

Community-Forum

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