噪音对策技术/事例介绍(民生产品)

快速充电电路的静噪

前言

image: 前言

随着智能手机功能的不断丰富,电池容量呈逐渐增加的趋势,同时出现“短时间内完成充电”的需求。
因此,采用USB Type-C进行快充的方式逐渐增多。

快充系统所使用的DC-DC转换器通过开关将直流转换为矩形波以转换电压,因此会产生开关噪声。

图: 前言

快充的充电电流值较大,因此与传统充电器比较,其开关噪声问题尤为突出。

快充的噪声问题

快速充电器产生的噪声通过基板上的图案或电缆向空中辐射,并进入本机的无线接收天线,从而使接收灵敏度下降。接收灵敏度下降导致可接收范围变小或接收速度降低,从而使设备性能下降。

启动快充后…

图: 启动快充后…

噪声问题案例

下面介绍因快充噪声导致接收灵敏度下降的例子。
以下数据为通过本公司进行的调查对快速充电开始前后的接收灵敏度进行确认的结果。条形向下延伸越多,灵敏度越高。
与未充电状态比较,快充时的LTE low band(700~900Mhz)接收灵敏度有所下降。

图: 噪声问题案例

观察噪声分布

采用噪声可视化工具确认问题是否来源于基板上的噪声。

image: 观察基板上的噪声分布
[观察基板上的噪声分布]

观察基板上的噪声分布及进入天线的噪声,
发现基板上的噪声谱与耦合到天线的噪声谱相似。

图: 基板上的噪声谱
<基板上的噪声谱>
图: 耦合到天线的噪声
<耦合到天线的噪声>

噪声传导路径

经确认,噪声的传导路径如下:DC-DC转换器产生的噪声从电源输出线经过平滑电容器传导至基板地线,并从图案向外辐射,最终进入天线。

图: 噪声传导路径

[噪声传导路径]

  • 噪声传导至DC-DC转换器的输出线
  • 噪声从电源线经过平滑电容器传导至基板地线
  • 传导至基板地线的噪声从图案向外辐射,从而降低无线接收灵敏度

静噪建议

根据刚才的调查结果,可以确认噪声从DC-DC转换器的输出单元产生,推测在输出单元中插入铁氧体磁珠会有效果。同样,输入单元也容易产生噪声,因此希望在输入单元也使用铁氧体磁珠。
快速充电时会产生大电流,请选用额定电流较高的铁氧体磁珠。
另外,为应对无线载波频率噪声,应选择高频特性优良的产品。

图: 静噪建议

推荐的滤波器

BLE18PS系列最大支持8A,在GHz频段上可以获得高阻抗,适合该用途。

确认静噪效果

在实机上确认了使用铁氧体磁珠后的静噪效果。
在平滑电容器前插入铁氧体磁珠BLE18PS080SN1。

图: 确认静噪效果

静噪对接收灵敏度的改善效果

插入铁氧体磁珠,以确认接收灵敏度的改善程度。
比较插入前后快充期间的灵敏度,可以确认在LTE Low band的700MHz-900MHz上,接收灵敏度有所改善。

图: 静噪对接收灵敏度的改善效果

确认静噪后的噪声分布变化

通过噪声可视化工具确认噪声已减少。
可以确认基板上分布的噪声水平有所降低。

image: [无滤波器] 静噪前
无滤波器: 静噪前
image: [有滤波器] 确认噪声水平降低
有滤波器: 确认噪声水平降低

天线的噪声水平降低

如下图所示,可以确认进入天线的噪声水平降低。

图: 天线的噪声水平降低

(参考)确认插入滤波器的影响

图: (参考)确认插入滤波器的影响

确认插入滤波器是否会影响DC-DC转换器的效率。发现插入滤波器前后,效率未发生变化,由此可判断对效率无不良影响。

其他静噪要点

本次仅在DC-DC转换器的输出单元插入了滤波器,建议在输入单元也插入滤波器。(BLE18PS080SN1)
本次的验证示例中未出现问题,但有时输入侧也会因开关噪声而出现问题。

图: 其他静噪要点

滤波器插入点① 充电器IC的输出单元(平滑电容器前)

滤波器插入点② 充电器IC的输入单元(输入电容器前)

本次介绍的噪声滤波器 BLE18PS080SN1

产品型号

尺寸

阻抗 at 100MHz

额定电流

at 85℃

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BLE18PS080SN1

1.6×0.8×0.6mm

8.5Ω

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