Murata Suppression du bruit des lignes audio pour smartphones

Qu'est-ce que la distorsion audio ?

Les filtres qui suppriment le bruit électromagnétique sans affecter la qualité audio peuvent être utilisés comme produits de suppression du bruit dans les circuits audio. La plage audible de l'oreille humaine est estimée être de 20 Hz à 20 kHz, et la distorsion audio peut être considérée comme affectant cette plage audible. Expliquer cela en termes simples, Murata a utilisé un son de 1 kHz comme exemple. Lorsqu'il n'y a pas de distorsion audio, une onde sinusoïdale peut être observée dans le domaine temporel comme le montre la figure 1 (ci-dessous), tandis que le spectre de fréquences ne montre qu'une seule fréquence fondamentale.

Cependant, la forme de l'onde sinusoïdale est modifiée lorsque la distorsion se produit dans l'audio. En examinant le spectre de fréquences, des lignes de spectres harmoniques apparaissent en plus de la fréquence fondamentale.

L'expression de la mesure en tant que paramètre audio donne THD+N (taux de distorsion harmonique total + bruit), ce qui indique le rapport harmonique produit. Pour un filtre de bruit, il est essentiel que la distorsion harmonique ne se produise pas lorsqu'un signal audio circule.

Schéma conceptuel de la distorsion audio

Suppression du bruit de l'ampli de classe D

Les amplificateurs de classe D sans filtre sont utilisés pour amplifier le signal audio dans les smartphones. Ces amplificateurs de classe D sans filtre ne nécessitent pas de filtre LC pour la démodulation audio, ce qui leur permet d'être disposés dans un circuit à petite échelle qui connecte l'amplificateur et le haut-parleur. Cependant, les processus qui amplifient le signal génèrent un bruit de commutation, qui est émis dans l'espace environnant, et provoquent également une perte de sensibilité de réception par couplage avec sa propre antenne.

Parce que cela crée du bruit, Murata a voulu utiliser un autre type d'amplificateur. Mais les amplificateurs de classe D sans filtre sont indispensables en raison de leur très petite taille et de leur efficacité supérieure, qui permettent de réduire la consommation d'énergie des smartphones.

La figure 2 (ci-dessous) montre un exemple dans lequel le bruit s'est couplé (a interféré) avec l'antenne. Des niveaux élevés de bruit peuvent être observés dans la bande cellulaire.

L'utilisation du filtre de bruit de ligne audio NFZ15SG de Murata réduit le niveau de bruit et améliore la sensibilité de réception, en fonction du niveau réduit. La série NFZ nouvellement développée possède des caractéristiques d'impédance supérieures dans la bande cellulaire et est efficace pour améliorer la sensibilité de réception.

Schéma de principe d'un circuit audio pour smartphone

Haut-parleur, contre-mesures d'isolation des écouteurs

Pour que l'antenne émette efficacement des ondes radio, l'antenne elle-même doit être séparée. Cependant, en pratique, des circuits électroniques sont intégrés et configurés autour de l'antenne, dégradant les caractéristiques de l'antenne.

Les deux méthodes suivantes peuvent être considérées comme des contre-mesures.
        1. Séparer physiquement le circuit audio de l'antenne.
       2. Séparez électriquement les deux éléments (isolation).

En raison de la densité croissante des circuits des smartphones ces dernières années, la méthode 1 est difficile à adopter. Cela signifie que les composants doivent être isolés électriquement, comme dans la méthode 2.

Afin d'obtenir l'isolation, il est essentiel d'augmenter l'impédance des voies intégrées ou la jonction du circuit pour donner l'impression que les circuits ne sont pas du tout connectés.

La figure 3 (ci-dessous) montre un exemple d'application d'une telle contre-mesure à la jonction des écouteurs. (Le résultat de la mesure TRP indique l'ampleur de la puissance rayonnée par l'antenne.)

L'utilisation d'un filtre de bruit de ligne audio à haute impédance (séries NFZ ou LQW) dans la bande cellulaire fournit une isolation et améliore le rendement des émissions d'ondes radio par rapport à l'antenne sans contre-mesures.

Exemple de contre-mesures pour la jonction des écouteurs

Contre-mesures TDMA pour le microphone

Comme le son capturé par le microphone est subtil, il est amplifié par l'amplificateur à faible bruit (LNA) intégré au codec et détecté comme son. Le récepteur LNA offre généralement une impédance élevée, ce qui signifie que les interférences du signal RF provenant de la communication sans fil sont détectées comme une tension élevée.

En particulier, les signaux RF sont détectés dans la bande vocale pendant la communication GSM. Cela peut provoquer un bourdonnement dans le haut-parleur et le récepteur de l'appelant ainsi que dans le récepteur de l'autre partie (bruit de porteuse à touches). Ceci est une caractéristique de la méthode utilisée dans la communication GSM. Étant donné que la norme spécifie des émissions de puissance aussi élevées que 33 dBm à des intervalles de 4,6 ms, la composante de fréquence de 217 Hz est entendue comme un son. C'est pourquoi des contre-mesures pour ce problème sont encore nécessaires dans le monde entier.

Dans cette contre-mesure, un filtre à haute impédance dans la bande de communication qui n'affecte pas le son est un moyen idéal d'éviter les interférences du signal RF.

Comme le montre la figure 4 (ci-dessous), un large spectre de bruit est détecté dans la plage sonore (20 Hz à 20 kHz) lorsqu'un filtre n'est pas inséré, tandis que l'utilisation d'un filtre de ligne audio NFZ15SG est capable de réduire de manière significative le niveau de bruit.

Bruit réduit en utilisant un filtre de ligne audio

Liste des éléments de filtre de ligne audio

Comme expliqué ci-dessus, il est important d'éviter une qualité audio dégradante tout en satisfaisant les caractéristiques cibles pour le niveau de bruit et la sensibilité de réception dans les contre-mesures de bruit de ligne audio et d'isolation.

Afin de répondre à ces deux exigences, Murata propose les séries NFZ et LQW de filtres de bruit de ligne audio.

L'adoption de ces composants de contre-mesure de ligne audio permet aux fabricants de concevoir des smartphones équipés de circuits audio miniatures de haute qualité.

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