使用贴片压敏电阻的智能手机音频线路解决方案指南
使用贴片压敏电阻的智能手机音频线路解决方案指南
概要
智能手机的扬声器或耳机的音频线路中，一般插入tvs二极管以及贴片压敏电阻(积层贴片压敏电阻)作为esd(electro-static discharge：静电放电)对策。此外，在音频线路的噪音对策方面，其不仅需要esd等的抗扰度对策，同时也需要对智能手机内部电路配线放射的电磁噪音采取对策。
tdk的贴片压敏电阻不仅可作为音频线路的esd对策，同时能满足
大幅削减贴装面积
音频失真小
改善接收灵敏度
抑制噪音
等音频线路特有的各类要求的esd保护元件。以下就为智能手机音频线路提供最佳解决方案的各类优点进行说明。
将tvs二极管替换为贴片压敏电阻的音频线路解决方案
优点1：
最大削减90%以上的贴装面积
优点2：
音频失真小
优点3：
通过静电容量发挥噪音抑制效果
优点4：
改善接收灵敏度
优点5：
与tvs二极管相同的esd保护性能
音频线路解决方案用tdk贴片压敏电阻的介绍
用于耳机线 用于扬声器线
avrm0603型 avrm1005型
avrm0402型 avrm0603型
将tvs二极管替换为贴片压敏电阻的音频线路解决方案
智能手机等音频线路中esd对策特别受到重视的理由
电子设备中作为人机接口的扬声器、麦克风或耳机是向电子设备输入或输出音频信号的应用。一般情况下，配置于电子设备外侧的情况较多，因此容易受到外来噪音的影响。而esd(electro-static discharge：静电放电)则是影响电子设备的代表性外来噪音的一种。
近年来，随着ic的低电压化等，esd所导致的电子设备故障或错误工作已成为严重问题。 尤其是耳机插接，由于会频发插拔针插头，因此在插入带电的针插头时会产生esd，从而在设备内部进行气体放电的可能性很高，为此必须采取对策。
针对此类接口端子中esd的试验方法，使用人体模型(hbm：human body model)，其主要考虑了人体中带电电荷向电子设备进行放电的情况。图1所示为iec61000-4-2标准的静电抗扰度试验中所使用的人体模型。
图1：静电抗扰度试验(iec61000-4-2)的人体模型
推荐将tvs二极管替换为贴片压敏电阻的理由
用作esd/浪涌保护的电子元件包括mlcc(积层贴片陶瓷片式电容器)、esd抑制器、tvs二极管(齐纳二极管)、贴片压敏电阻等。
图2所示为智能手机音频线路电路方框图。在智能手机中，用于扬声器的功率放大器内使用有d类放大器等数码放大器。此外，耳机线，麦克风线是直接从音频编解码器中输出音频信号。为此，其中会插入保护元件作为扬声器线或耳机线的esd对策。将作为esd保护元件使用的tvs二极管替换为贴片压敏电阻可获得诸多优点。
图2：智能手机音频线路中esd保护元件的使用方法
虽然tvs二极管与贴片压敏电阻的esd保护性能几乎相同，但将tvs二极管替换为贴片压敏电阻拥有诸多优点。主要为空间优点与成本优点，同时其对于噪音抑制也有效。这是因为贴片压敏电阻拥有较大静电容量，并且可发挥mlcc的功能。
首先，对最大可削减90%以上贴装面积的贴片压敏电阻所独有的空间优点进行说明。
优点1． 最大可削减90%以上贴装面积
近年来，随着智能手机高性能化的快速发展，主板呈现极度拥挤状态，完全没有剩余空间，因此使用比以往更为小型的电子元件成为了趋势。
使用tvs二极管作为音频线路解决方案时，若将其作为esd对策的同时还以除去噪音为目的，那么tvs二极管的静电容量则会过小，因此需要并联插入mlcc，由此则需要贴装2个元件的面积。而由于贴片压敏电阻静电容量大，因此可使用1个产品来替换tvs二极管和mlcc这2个产品。
图3中对组合了tvs二极管及mlcc的情况，与使用贴片压敏电阻的情况时的贴装面积进行了比较。元件尺寸分别设想如下，tvs二极管：1006形状(1.0×0.6mm)，mlcc：0603(0.6×0.3mm)形状，贴片压敏电阻：0603形状。0603形状贴片压敏电阻可削减80%以上的贴装面积，因此拥有极大的空间节省效果。tdk量产有0402形状(0.4×0.2mm)的贴片压敏电阻，该产品可削减90%以上的贴装面积，从而能够为智能手机的进一步小型化与高性能化做出贡献。
图3：tvs二极管＋mlcc的2器件组合与贴片压敏电阻1器件的贴装面积比较
优点2． 音频失真小
将esd保护元件插入智能手机音频线路中后，会使音频信号发生失真，从而导致音频失真。此处以thd+n(总谐波失真＋噪音)的数值表示。
图4所示为esd保护元件的对输出-thd+n特性。未插入esd保护元件时是音频失真最小的状态，以此作为标准值。插入tvs二极管后，在高输出领域中，thd+n大幅増加。而贴片压敏电阻则与未插入时的情况相同，未引起音频失真。
图4：各esd保护元件 thd＋n测量结果
从这些结果来看，tvs二极管及贴片压敏电阻的电流-电压特性(iv曲线)会产生影响。tvs二极管的iv曲线中急剧升高及有时拥有极性是导致音频信号失真的原因所在。
由于贴片压敏电阻没有极性，因此iv曲线相比tvs二极管，其升高幅度较缓。因此，相比tvs二极管，贴片压敏电阻更适合用于抑制音频信号失真，保持高音质。
优点3． 通过静电容量抑制噪音的效果
在智能手机的音频线路中，音频编解码器及d级放大器等会产生噪音，进而对内部天线造成干扰，导致接收灵敏度劣化。一般情况下会使用低通滤波器(lc滤波器)作为对策，但应尽可能从大范围静电容量产品线中选择最佳产品为宜。
表1所示为各类esd保护元件所覆盖的静电容量范围。mlcc覆盖的静电容量范围较广，达到数pf～数µf，贴片压敏电阻为数pf～数百pf，tvs二极管为数pf～数10pf。音频线路配线放射出的电子噪音以数100mhz～数ghz的频带居多，若要提高这些频带的噪音衰减效果，静电容量为数pf～数100pf的产品更为有效。
表1：各类esd保护元件的静电容量产品线
0603形状(0.6×0.3mm)、1005形状(1.0×0.5mm)的tvs二极管静电容量以5～15pf左右居多，为构成目标低通滤波器，则需要像如图5所示，以与tvs二极管并联的形式插入mlcc。 若不使用mlcc而只使用tvs二极管时，静电容量将会不充分，从而无法除去电磁噪音。
贴片压敏电阻中数10pf～数100pf的产品线对于数100mhz～数ghz的噪音拥有抑制效果。如图6所示，贴片压敏电阻的等效电路是由双向二极管与mlcc并列而成的。tdk的贴片压敏电阻采用积层结构，通过改变内部结构设计，可方便地调整静电容量。tdk拥有1005形状(eia0402)：650pf以下, 0603形状(eia0201)：330pf以下的大范围静电容量产品线，可从中选择符合抑制噪音所需频带的产品。
图5：积层贴片压敏电阻的等效电路
图6：使用tvs二极管除去电磁噪音
优点4． 改善接收灵敏度
图7所示为使用esd保护元件时的接收灵敏度测量结果。
相比取下esd保护元件时的状态(无保护元件)，tvs二极管(静电容量:5pf)下的接收灵敏度发生了下降。若以与tvs二极管并列的方式插入mlcc(静电容量：100pf)后则可改善接收灵敏度。而贴片压敏电阻(静电容量：100pf、avrm0603c6r8nt101n)只需1个器件便可改善接收灵敏度。
图7：各esd保护元件 智能手机接收灵敏度测量结果
从这些结果来看，根据esd保护元件静电容量的传输特性(插入损失-频率特性)会产生影响。图8中esd保护元件的传输特性方面，静电容量为100pf的贴片压敏电阻与mlcc拥有相同特性，而接近1ghz时，衰减将会变大。而tvs二极管的静电容量较小，仅为5pf，因此衰减领域在3ghz附近，而1ghz附近蜂窝带的接收灵敏度则无法改善。若需要使用tvs二极管解决方案改善接收灵敏度，则需要以并联方式插入静电容量为100pf的mlcc。
図8：各esd保护元件 传输特性(插入损失-频率特性)
优点5． esd保护效果
esd保护是贴片压敏电阻以及tvs二极管的基本性能。在使用了iec61000-4-2人体模型(hbm：human body model)的静电抗扰度试验中，作为esd箝位波形的评估参数，规定升高部分的电压为峰值电压(vpeak)、升高之后30～100ns的平均值为平均电压(vave)。
图9所示为对静电抗扰度试验中esd保护元件esd箝位波形进行比较的图表。tvs二极管(5pf)的esd保护性能方面，以并联方式插入mlcc(100pf)的情况与贴片压敏电阻相同。
图9：esd保护元件的esd箝位波形
使用贴片压敏电阻的智能手机音频线路解决方案指南总结
tdk提供使用了贴片压敏电阻的最佳解决方案作为智能手机音频线路的esd对策。尤其是将tvs二极管替换为贴片压敏电阻后，不仅实现了有效的esd对策，同时也带来了空间优点、成本优点、噪音抑制等各种优点。
将tvs二极管替换为贴片压敏电阻的优点
可实现极佳的esd保护对策。
可通过贴片压敏电阻1个产品，实现tvs二极管(esd保护)与mlcc(噪音抑制)这2个产品的功能。
可从大范围静电容量产品线中选择符合抑制噪音所需频带的产品。
可有效衰减蜂窝带的噪音，并改善接收灵敏度。
音频失真指标thd+n与未插入元件时相同，从而可确保音频质量。
《贴片压敏电阻avrm系列的主要特点及用途》
【主要特点】
用独立开发的镨氧化锌类材料，并采用先进的积层工法及工艺技术制造而成的smd贴片式压敏电阻。
因其电流及电压特性对称，因此没有极性。
小型并拥有优异的静电吸收能力。
静电容量产品一应俱全。
在智能手机的音频线路等中，可以1个器件替换tvs二极管＋mlcc。
拥有节省空间、减少元件数量、削减贴装成本等各类优点。
【主要用途】
各类电子设备的esd对策
(接口端子、按钮/开关部、电池端子等)
智能手机音频线路中的esd及噪音对策等尤其出众
【用于音频线路解决方案的贴片压敏电阻avrm系列】产品信息以及样品购买
※客户可根据用途选择类型/型号，从而可提高客户产品可靠性。
用于耳机线的贴片压敏电阻推荐产品
application cap.(pf) eia0201 part# eia01005 part#
headphone circuit 100 avrm0603c6r8nt101n avrm0402c6r8nt101n
33 avr-m0603c120mtaab avrm0402c120mt330n
用于扬声器线的贴片压敏电阻推荐产品
application cap.(pf) over 2w(vdc=17v) 1w(vdc=5.5v)
speaker circuit 100 avrm1005c270kt101n avrm0603c120mt101n
30 avr-m1005c270mtaab avr-m0603c120mtaab
15 avr-m1005c270mtabb avrm0603c120mt150n
加拿大正制定国家量子战略并组建工业联盟
区块链经济建模的作用是什么
令人钦佩的碳化硅接受度
微软发布Win10新版： 重磅更新来了
柔性触控屏的成型过程是怎样的
使用贴片压敏电阻的智能手机音频线路解决方案指南
贵阳举办的“数博会”提出：信息基础设施保护是大数据安全关键
蚂蚁金服助力银行搭建高性能智能风控体系
大电流降压型同步整流DC-DC电源管理芯片转24V
智能防盗门锁真的可以保证安全吗？
无人机的制作过程
PN结的形成和单向导电性详解
智能手机兼作物联网网关使用
[组图]直流稳压电源
FRAM在医疗领域和智能电表中的应用及发展
美国量子计算公司Rigetti在英国部署32-Qubit量子计算机
“第四代半导体” 迎重大突破！能否改变行业新技术？
卡顿终结者华为荣耀V9快如闪电，麒麟960+EMUI5.1操作系统
减速电机安装与使用时需要注意的八个要点
宜家发布“Rognan”系列可变形家具产品
概要
智能手机的扬声器或耳机的音频线路中，一般插入tvs二极管以及贴片压敏电阻(积层贴片压敏电阻)作为esd(electro-static discharge：静电放电)对策。此外，在音频线路的噪音对策方面，其不仅需要esd等的抗扰度对策，同时也需要对智能手机内部电路配线放射的电磁噪音采取对策。
tdk的贴片压敏电阻不仅可作为音频线路的esd对策，同时能满足
大幅削减贴装面积
音频失真小
改善接收灵敏度
抑制噪音
等音频线路特有的各类要求的esd保护元件。以下就为智能手机音频线路提供最佳解决方案的各类优点进行说明。
将tvs二极管替换为贴片压敏电阻的音频线路解决方案
优点1：
最大削减90%以上的贴装面积
优点2：
音频失真小
优点3：
通过静电容量发挥噪音抑制效果
优点4：
改善接收灵敏度
优点5：
与tvs二极管相同的esd保护性能
音频线路解决方案用tdk贴片压敏电阻的介绍
用于耳机线 用于扬声器线
avrm0603型 avrm1005型
avrm0402型 avrm0603型
将tvs二极管替换为贴片压敏电阻的音频线路解决方案
智能手机等音频线路中esd对策特别受到重视的理由
电子设备中作为人机接口的扬声器、麦克风或耳机是向电子设备输入或输出音频信号的应用。一般情况下，配置于电子设备外侧的情况较多，因此容易受到外来噪音的影响。而esd(electro-static discharge：静电放电)则是影响电子设备的代表性外来噪音的一种。
近年来，随着ic的低电压化等，esd所导致的电子设备故障或错误工作已成为严重问题。 尤其是耳机插接，由于会频发插拔针插头，因此在插入带电的针插头时会产生esd，从而在设备内部进行气体放电的可能性很高，为此必须采取对策。
针对此类接口端子中esd的试验方法，使用人体模型(hbm：human body model)，其主要考虑了人体中带电电荷向电子设备进行放电的情况。图1所示为iec61000-4-2标准的静电抗扰度试验中所使用的人体模型。
图1：静电抗扰度试验(iec61000-4-2)的人体模型
推荐将tvs二极管替换为贴片压敏电阻的理由
用作esd/浪涌保护的电子元件包括mlcc(积层贴片陶瓷片式电容器)、esd抑制器、tvs二极管(齐纳二极管)、贴片压敏电阻等。
图2所示为智能手机音频线路电路方框图。在智能手机中，用于扬声器的功率放大器内使用有d类放大器等数码放大器。此外，耳机线，麦克风线是直接从音频编解码器中输出音频信号。为此，其中会插入保护元件作为扬声器线或耳机线的esd对策。将作为esd保护元件使用的tvs二极管替换为贴片压敏电阻可获得诸多优点。
图2：智能手机音频线路中esd保护元件的使用方法
虽然tvs二极管与贴片压敏电阻的esd保护性能几乎相同，但将tvs二极管替换为贴片压敏电阻拥有诸多优点。主要为空间优点与成本优点，同时其对于噪音抑制也有效。这是因为贴片压敏电阻拥有较大静电容量，并且可发挥mlcc的功能。
首先，对最大可削减90%以上贴装面积的贴片压敏电阻所独有的空间优点进行说明。
优点1． 最大可削减90%以上贴装面积
近年来，随着智能手机高性能化的快速发展，主板呈现极度拥挤状态，完全没有剩余空间，因此使用比以往更为小型的电子元件成为了趋势。
使用tvs二极管作为音频线路解决方案时，若将其作为esd对策的同时还以除去噪音为目的，那么tvs二极管的静电容量则会过小，因此需要并联插入mlcc，由此则需要贴装2个元件的面积。而由于贴片压敏电阻静电容量大，因此可使用1个产品来替换tvs二极管和mlcc这2个产品。
图3中对组合了tvs二极管及mlcc的情况，与使用贴片压敏电阻的情况时的贴装面积进行了比较。元件尺寸分别设想如下，tvs二极管：1006形状(1.0×0.6mm)，mlcc：0603(0.6×0.3mm)形状，贴片压敏电阻：0603形状。0603形状贴片压敏电阻可削减80%以上的贴装面积，因此拥有极大的空间节省效果。tdk量产有0402形状(0.4×0.2mm)的贴片压敏电阻，该产品可削减90%以上的贴装面积，从而能够为智能手机的进一步小型化与高性能化做出贡献。
图3：tvs二极管＋mlcc的2器件组合与贴片压敏电阻1器件的贴装面积比较
优点2． 音频失真小
将esd保护元件插入智能手机音频线路中后，会使音频信号发生失真，从而导致音频失真。此处以thd+n(总谐波失真＋噪音)的数值表示。
图4所示为esd保护元件的对输出-thd+n特性。未插入esd保护元件时是音频失真最小的状态，以此作为标准值。插入tvs二极管后，在高输出领域中，thd+n大幅増加。而贴片压敏电阻则与未插入时的情况相同，未引起音频失真。
图4：各esd保护元件 thd＋n测量结果
从这些结果来看，tvs二极管及贴片压敏电阻的电流-电压特性(iv曲线)会产生影响。tvs二极管的iv曲线中急剧升高及有时拥有极性是导致音频信号失真的原因所在。
由于贴片压敏电阻没有极性，因此iv曲线相比tvs二极管，其升高幅度较缓。因此，相比tvs二极管，贴片压敏电阻更适合用于抑制音频信号失真，保持高音质。
优点3． 通过静电容量抑制噪音的效果
在智能手机的音频线路中，音频编解码器及d级放大器等会产生噪音，进而对内部天线造成干扰，导致接收灵敏度劣化。一般情况下会使用低通滤波器(lc滤波器)作为对策，但应尽可能从大范围静电容量产品线中选择最佳产品为宜。
表1所示为各类esd保护元件所覆盖的静电容量范围。mlcc覆盖的静电容量范围较广，达到数pf～数µf，贴片压敏电阻为数pf～数百pf，tvs二极管为数pf～数10pf。音频线路配线放射出的电子噪音以数100mhz～数ghz的频带居多，若要提高这些频带的噪音衰减效果，静电容量为数pf～数100pf的产品更为有效。
表1：各类esd保护元件的静电容量产品线
0603形状(0.6×0.3mm)、1005形状(1.0×0.5mm)的tvs二极管静电容量以5～15pf左右居多，为构成目标低通滤波器，则需要像如图5所示，以与tvs二极管并联的形式插入mlcc。 若不使用mlcc而只使用tvs二极管时，静电容量将会不充分，从而无法除去电磁噪音。
贴片压敏电阻中数10pf～数100pf的产品线对于数100mhz～数ghz的噪音拥有抑制效果。如图6所示，贴片压敏电阻的等效电路是由双向二极管与mlcc并列而成的。tdk的贴片压敏电阻采用积层结构，通过改变内部结构设计，可方便地调整静电容量。tdk拥有1005形状(eia0402)：650pf以下, 0603形状(eia0201)：330pf以下的大范围静电容量产品线，可从中选择符合抑制噪音所需频带的产品。
图5：积层贴片压敏电阻的等效电路
图6：使用tvs二极管除去电磁噪音
优点4． 改善接收灵敏度
图7所示为使用esd保护元件时的接收灵敏度测量结果。
相比取下esd保护元件时的状态(无保护元件)，tvs二极管(静电容量:5pf)下的接收灵敏度发生了下降。若以与tvs二极管并列的方式插入mlcc(静电容量：100pf)后则可改善接收灵敏度。而贴片压敏电阻(静电容量：100pf、avrm0603c6r8nt101n)只需1个器件便可改善接收灵敏度。
图7：各esd保护元件 智能手机接收灵敏度测量结果
从这些结果来看，根据esd保护元件静电容量的传输特性(插入损失-频率特性)会产生影响。图8中esd保护元件的传输特性方面，静电容量为100pf的贴片压敏电阻与mlcc拥有相同特性，而接近1ghz时，衰减将会变大。而tvs二极管的静电容量较小，仅为5pf，因此衰减领域在3ghz附近，而1ghz附近蜂窝带的接收灵敏度则无法改善。若需要使用tvs二极管解决方案改善接收灵敏度，则需要以并联方式插入静电容量为100pf的mlcc。
図8：各esd保护元件 传输特性(插入损失-频率特性)
优点5． esd保护效果
esd保护是贴片压敏电阻以及tvs二极管的基本性能。在使用了iec61000-4-2人体模型(hbm：human body model)的静电抗扰度试验中，作为esd箝位波形的评估参数，规定升高部分的电压为峰值电压(vpeak)、升高之后30～100ns的平均值为平均电压(vave)。
图9所示为对静电抗扰度试验中esd保护元件esd箝位波形进行比较的图表。tvs二极管(5pf)的esd保护性能方面，以并联方式插入mlcc(100pf)的情况与贴片压敏电阻相同。
图9：esd保护元件的esd箝位波形
使用贴片压敏电阻的智能手机音频线路解决方案指南总结
tdk提供使用了贴片压敏电阻的最佳解决方案作为智能手机音频线路的esd对策。尤其是将tvs二极管替换为贴片压敏电阻后，不仅实现了有效的esd对策，同时也带来了空间优点、成本优点、噪音抑制等各种优点。
将tvs二极管替换为贴片压敏电阻的优点
可实现极佳的esd保护对策。
可通过贴片压敏电阻1个产品，实现tvs二极管(esd保护)与mlcc(噪音抑制)这2个产品的功能。
可从大范围静电容量产品线中选择符合抑制噪音所需频带的产品。
可有效衰减蜂窝带的噪音，并改善接收灵敏度。
音频失真指标thd+n与未插入元件时相同，从而可确保音频质量。
《贴片压敏电阻avrm系列的主要特点及用途》
【主要特点】
用独立开发的镨氧化锌类材料，并采用先进的积层工法及工艺技术制造而成的smd贴片式压敏电阻。
因其电流及电压特性对称，因此没有极性。
小型并拥有优异的静电吸收能力。
静电容量产品一应俱全。
在智能手机的音频线路等中，可以1个器件替换tvs二极管＋mlcc。
拥有节省空间、减少元件数量、削减贴装成本等各类优点。
【主要用途】
各类电子设备的esd对策
(接口端子、按钮/开关部、电池端子等)
智能手机音频线路中的esd及噪音对策等尤其出众
【用于音频线路解决方案的贴片压敏电阻avrm系列】产品信息以及样品购买
※客户可根据用途选择类型/型号，从而可提高客户产品可靠性。
用于耳机线的贴片压敏电阻推荐产品
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33 avr-m0603c120mtaab avrm0402c120mt330n
用于扬声器线的贴片压敏电阻推荐产品
application cap.(pf) over 2w(vdc=17v) 1w(vdc=5.5v)
speaker circuit 100 avrm1005c270kt101n avrm0603c120mt101n
30 avr-m1005c270mtaab avr-m0603c120mtaab
15 avr-m1005c270mtabb avrm0603c120mt150n
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