Murata Suppression du bruit pour les casques sans fil

Problèmes de conception/portée

Murata pense qu'il existe principalement deux types de problèmes de conception.
•Interférence au sein du casque, qui nécessite absolument un moyen de résoudre le problème du saut audio
•Restrictions de la zone de montage dans les casques (Figure 1, ci-dessous), y compris les vrais écouteurs sans fil avec des côtés gauche et droit séparés

Le premier problème de conception, les interférences au sein du casque, est extrêmement important ici.

Vérification des contre-mesures

Dans de nombreux cas d'interférences internes au casque, des ondes radio indésirables à l'intérieur de l'appareil se superposent aux signaux nécessaires à la communication. Cela crée du bruit et fait sauter le son.

Murata a utilisé des produits commerciaux pour mesurer le niveau de réception minimal d'un signal de 2,4 GHz. Murata voulait vérifier les différences dans la probabilité de sauts audio causées par des contre-mesures de conception pour empêcher les interférences au sein des appareils Bluetooth.

En ce qui concerne les interférences internes de l'appareil, des valeurs graphiques élevées indiquent que la communication est possible même avec un signal faible et que l'audio est peu susceptible de sauter. Murata a confirmé différents niveaux selon le produit mais a voulu savoir pourquoi ils étaient si différents.

Murata a vérifié la raison pour laquelle de telles différences se produisent en utilisant le produit A, où des sauts audio ont été fréquemment observés, et le produit D, où le problème était peu fréquent.

Mesure de saut audio

Afin de connaître les différences entre les niveaux de réception minimaux du produit A et du produit D, Murata a observé le spectre de bruit reçu par l'antenne. Les signaux transitent par une antenne Bluetooth pour communiquer, mais des échecs de communication se produisent si du bruit pénètre dans le flux du signal.

Le côté gauche de la figure 3 (ci-dessous) montre le produit D, qui a une bonne sensibilité de réception, tandis que le côté droit montre le produit A, qui a une faible sensibilité.

Les zones rouges du graphique indiquent le niveau de bruit lorsque l'alimentation est coupée et les zones bleues indiquent le niveau de bruit pendant l'appairage.

Bluetooth utilise des sauts de fréquence, de sorte que les signaux de communication apparaissent sous la forme d'un spectre à bande étroite. En raison de la sensibilité élevée, les signaux de communication ont été vérifiés sur le produit D uniquement et aucun autre spectre n'est apparu.

En revanche, un spectre avec une bande de fréquence de plusieurs MHz a été confirmé sur le produit A avec sa faible sensibilité (marques rouges).

Étant donné que Bluetooth utilise des sauts de fréquence, lorsque ce type de spectre de bruit se produit sur toutes les bandes de fréquences de communication, le bruit se mélange au signal de communication et dégrade la sensibilité.

Comparaison des résultats de mesure du saut audio selon les produits

Pour rechercher la cause du bruit à large bande indiqué par les marques rouges, Murata a mesuré la distribution du champ magnétique sur la surface de la carte du produit D (Figure 4, ci-dessous).

Étant donné que la source de bruit diffère dans la suppression du bruit réel, en fonction du réglage et de la situation, il est important d'identifier l'emplacement du circuit pour une réduction efficace du bruit à l'avance.

Le côté droit de la figure 4 montre les résultats de la force de distribution du champ magnétique lorsque la fréquence est fixée à 2,4  GHz. La zone rouge représente un champ magnétique intense. Cela indique que le RFIC Bluetooth, avec une intensité de champ magnétique particulièrement élevée dans la zone du circuit du convertisseur CC-CC, serait un emplacement efficace pour la suppression du bruit.

Ce bruit est un bruit de commutation, qui se produit lors de la génération d'énergie en interne. Murata a supposé que les harmoniques les plus élevées des fréquences de commutation se produisaient dans la bande 2,4 GHz.

Mesure de la répartition du champ magnétique sur la surface de la carte du produit D

Murata a enquêté sur des contre-mesures pour résoudre le problème audio.

La Figure 5 (ci-dessous) montre l'environnement de mesure utilisé pour prendre des mesures et le résultat de la mesure du bruit couplé à l'antenne Bluetooth.

Un niveau de bruit extrêmement élevé a été observé, ce qui nécessite une suppression du bruit pour réduire le niveau.

Résultat de mesure du bruit couplé à une antenne Bluetooth

Lors de la mise en œuvre de la suppression du bruit Bluetooth, Murata a déterminé qu'il y avait deux domaines clés de mise en œuvre.

La première zone est la ligne d'alimentation et la seconde la ligne d'horloge.

Étant donné que la ligne d'alimentation génère des harmoniques plus élevées en raison de la commutation et que les harmoniques plus élevées du signal d'horloge s'étendent dans la bande 2,4 GHz, du bruit est créé dans le signal Bluetooth. Le filtrage est un moyen efficace de supprimer la conduction de bruit.

Murata a commercialisé deux types de filtres conçus pour éliminer le bruit dans la bande 2,4 GHz.

Le premier type comprend les filtres BLF02RD et LQZ02HQ pour les lignes d'alimentation, tandis que le second type comprend la série LQZ02HQ pour les lignes d'horloge.

Le tableau 1 et la figure 6 (les deux ci-dessous) montrent les spécifications électriques représentatives et les caractéristiques de fréquence de perte d'insertion des filtres BLF02RD et LQZ02HQ utilisés dans ce cas pour la suppression du bruit.

Dans de nombreux cas, la ligne d'alimentation électrique et la ligne d'horloge sont des sources majeures de bruit, et l'utilisation du filtre approprié dans ces zones de circuit est une solution efficace.

Spécifications électriques

Caractéristiques de fréquence de perte d'insertion

Résultats de mesure (bruit couplé à l'antenne)

Ce sont les résultats de la mesure du spectre de bruit couplé à l'antenne lors de la communication Bluetooth.

Le filtre BLF02RD a été inséré dans la ligne d'alimentation (Figure 7 ci-dessous). Ce faisant, Murata a été en mesure d'améliorer le bruit à bande étroite d'environ 5 dB. Cela a confirmé que le filtre BLF02RD est une solution efficace.

Ligne d'alimentation : résultat de la mesure BLF02RD

De la même manière, le filtre LQZ02HQ a été inséré dans la ligne d'alimentation (Figure 8 ci-dessous). Murata a constaté un niveau similaire d'amélioration du bruit à bande étroite d'environ 5 dB.

Ligne d'alimentation : résultat de la mesure LQZ02HQ

Pour continuer, Murata a inséré le filtre LQZ02HQ dans la ligne d'horloge et observé la forme d'onde et le spectre de bruit (Figure 9, ci-dessous).

Étant donné que le filtre LQZ02HQ a peu de caractéristiques d'atténuation à basse fréquence, il élimine uniquement le spectre problématique dans la bande 2,4 GHz tout en maintenant la qualité du signal.

Murata a conclu qu'il s'agissait d'un moyen efficace de supprimer le bruit dans une ligne de signal telle qu'une horloge.

Ligne d'horloge : résultat de la mesure LQZ02HZ

Récapitulatif

Dans ce cas, l'insertion d'un filtre de bruit dans le circuit du convertisseur CC-CC a été efficace, mais la source de bruit peut différer dans certains cas. La méthode de vérification explorée dans l'exemple précédent n'est qu'un exemple, mais l'identification d'une source de bruit est vitale pour gérer la suppression du bruit.

Murata recommande la série BLF02RD/LQZ02HQ de filtres de bruit pour une utilisation dans différentes zones de circuit. Les deux séries conviennent aux lignes d'alimentation et la série LQZ02HQ est également idéale pour les lignes d'horloge. La série BLF02RD/LQZ02HQ présente une atténuation significative dans la gamme des hautes fréquences de 2,4 GHz et peut fournir une atténuation significative du bruit.

Dans ce cas, Murata a présenté un exemple de suppression du bruit où le bruit dans le même circuit interférait avec le signal de communication Bluetooth. Cette technologie peut également être appliquée aux périphériques non Bluetooth qui communiquent à une fréquence de 2,4 GHz. Murata a mis en œuvre des composants de suppression de bruit très efficaces dans la plage de hautes fréquences de 2,4 GHz et disponibles dans une taille ultra-miniature de 0,4 mm x 0,2 mm pour économiser de l'espace.Murata recommande ses composants pour éviter les sauts audio sur une échelle miniature.

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