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用于FM接收的耳机天线原理图及PCB Layout
发布时间:2011/9/25 11:10:00 来源:
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用于FM接收的耳机天线
Si484x FM接收机支持耳机天线。长度为1.1~1.45米的耳机天线可以应用在FM接收机中,因为这个长度接近FM波长的一半(FM波长大约是3米)。
1.  耳机天线的设计
典型的耳机线须包含有3根(2根音频线和1根公共线)或更多的导线。Si484x输出的左右声道信号,经过耳机功放驱动后,连接到耳机的左右声道音频线上,而耳机的公共线可作为音频返回通路和FM天线。耳机中的其它导线可能是用于麦克风,开关或者其它功能。在某些应用中,FM天线是耳机线中一根独立的导线。图9所示为典型耳机天线的应用电路。

图9. 典型耳机天线的应用电路

2.  耳机天线原理图

图10. 耳机天线原理图

耳机天线的应用至少需要器件LMATCH,C4,F1,和 F2。ESD保护管和耳机功放一般也是收音芯片电路所需要的器件。
LMATCH 为匹配电感,选择正确的电感值,可以在整个FM波段上获得最大的电压增益。LMATCH 在100MHz的Q值应不小于15且其直流阻抗尽量小。

C4 为交流耦合电容,起到隔直的作用。LNA输入电容为4~6 pF,为尽可能减少由C4引起的损耗,C4取值要尽可能大,推荐值为100pF ~1nF。
磁珠F1和F2放在耳机功放和耳机之间,提供低阻抗的音频通路和高阻抗的RF通路。除了FMI和用作天线的耳机公共线,其它的耳机导线连接处都要加磁珠,如左右音频线,麦克风音频线,开关线等。如图10所示的例子中,左右音频线的连接点处都加了磁珠。磁珠应选用100MHz时阻抗为2.5 k或者阻抗更大的磁珠,比如 Murata 的BLM18BD252SN1。100 MHz时的高阻值磁珠可以最大化RSHUNT和RP。参考“AN383:Si47xx Antenna, Schematic,Layout, and Design Guidelines”附录A“FM Receive Headphone Antenna Interface Model”,可详细了解RSHUNT, RP等的详细解释。
如果设备的ESD要求超出了耳机功放和Si484x的ESD级别,推荐使用ESD保护二极管D1、D2和D3。ESD保管二极管的结电容最好小于1pF,比如California Micro Devices的CM1210,此二极管的小结电容值可以最小化CSHUNT和CP。如果D1和D2的结电容大于1pF, 需要将其放置在磁珠F1/F2和耳机功放之间来减小CSHUNT,当然,这样会减小ESD保护的效率。D3的位置不能改变,所以该二极管的结电容要小于1 pF。每个ESD保护二极管封装里都包括两个二极管,分别保护正负ESD冲击。
C9、C10(125 µF)为交流耦合电容,起到隔直的作用。

R5、R6 为可选的放电电阻,在耳机拔出后,用来使交流耦合电容C9,C10放电。
C5、C6为可选的高频旁路电容,放置在耳机功放输出的左右音频线上,减少串到天线的数字噪声,其推荐值为100 pF或者更大。设计者在选用该电容值时,要确认耳机功放有足够的驱动能力,允许输出端并接这样的电容。
上述原理图使用了National Semiconductor的耳机功放 LM4910,LM4910器件规格书中推荐使用R1~R4、C7、C8。左右音频声道放大器放大倍数为R3/R1
和R4/R2,可以通过改变电阻R3和R4的阻值改变放大倍数。根据耳机本身具有的电声增益,通常推荐设置耳机功放的放大倍数为0.6~1.0。交流耦合电容C7
、C8和电阻R1、R2分别组成高通滤波器,设置音频放大器的低频率门限。左右音频放大电路的高通滤波器拐点频率计算如下:
 

公式2. 高通滤波器拐点频率计算

使用图10中的器件,根据公式2可以计算出,耳机功放的拐点频率大概为20 Hz.
C1 是LM4910的电源旁路电容。LM4910的第3脚是低电平关断使能脚,加低电平给第3脚时,可以关断LM4910。LM4910的第3脚的低电平门限值为0.4V
,高电平门限值电压为1.5V。
图10对应的BOM如表10所示。对于电阻电容的供应商,用户可自行选择。

3.  耳机天线电路原理图
BOM表10.耳机天线BOM

4.  耳机天线PCB Layout
匹配电感LMATCH和耳机插座J24应靠近放置,同时远离噪声源,如时钟,数字电路等等。
为了最小化CSHUNT和CP,磁珠F1、F2尽可能靠近耳机插座。
为了最大化ESD管的保护效率,二极管D1, D2和D3尽可能的靠近耳机插座。如果D1、D2的结电容大于1 pF, 需要将其放置在磁珠F1/F2和耳机功放之间来减小CSHUNT。
收音机芯片尽可能的靠近耳机插座,减少芯片到耳机插座间的走线长度,并使走线宽度变窄,尽可能的远离GND平面,减小走线的电容 CPCBANT。另外也要减少该走线上的过孔,只在顶层或底层走线。该走线附近不应铺铜,也不需要一定设计成50 。

为了减少串到天线的数字噪声, 高频旁路电容C5、C6 可以放置在耳机功放输出的左右音频线上。推荐值为100 pF或者更大。但是用户在选用电容时,要确认耳机功放是否有足够的驱动能力,允许输出端并接这样的电容。

5.  耳机天线设计检查明细
天线长度应为 1.1 ~1.45米。
使用匹配电感 LMATCH ,提升整个FM波段信号强度。
匹配电感 LMATCH Q值不小于15,且直流阻抗尽可能小。
匹配电感 LMATCH靠近耳机插座,并远离干扰源。
Si484x尽可能的靠近耳机插座,减少芯片到耳机插座间的走线长度。这样可以减小线路的寄生电容CPCBANT和噪声源对天线的干扰,以便得到最佳的FM
接收性能。
磁珠 F1、F2 应选用在100MHz时阻抗为2.5 k或阻抗更大的磁珠,以增大RSHUNT和Rp值。
磁珠 F1、F2 尽可能靠近耳机插座。
ESD二极管 D1~D3 应选用结电容值小的二极管。
ESD二极管D1~D3 尽可能靠近耳机插座,最大化ESD保护效率。
可选的高频旁路电容放置在耳机功放输出的左右音频线上,减少串到天线的数字噪声。

 
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