智能音箱

智能音箱是從傳統(tǒng)音箱升級(jí)而來(lái)的新型產(chǎn)品，它是由傳感器、IC芯片、鋰電池、外設(shè)配件等電子元件組成，除基礎(chǔ)的音樂(lè)播放功能外，它還集成了查詢天氣、語(yǔ)音控制、出行玩樂(lè)信息檢索等網(wǎng)絡(luò)功能，其中語(yǔ)音識(shí)別是最核心的技術(shù)亮點(diǎn)。最核心的功能是語(yǔ)音識(shí)別。

智能音箱的工作原理

智能音箱的正常運(yùn)行依賴于各電路模塊的協(xié)同工作，其核心模塊及功能分工如下：

圖為 智能音箱的工作原理

ESD防護(hù)的必要性

ESD是電子器件損壞的一種最常見(jiàn)因素，約70%的電子器件損壞來(lái)源于ESD干擾，智能音箱的接口、按鍵、傳感器等外露或易接觸部位，是ESD入侵的高危區(qū)域，因此必須針對(duì)性設(shè)計(jì)ESD防護(hù)方案。本文以亞馬遜某知名品牌智能音箱為例，重點(diǎn)說(shuō)明接口端的ESD防護(hù)設(shè)計(jì)。

智能音箱接口ESD保護(hù)電路及應(yīng)用

該智能音箱的外設(shè)接口主要包括3.5mm音頻接口、DC電源接口和Micro-USB充電接口。針對(duì)不同接口的工作參數(shù)（電壓、電流、頻率等），需匹配專用的ESD保護(hù)器件并設(shè)計(jì)防護(hù)電路，具體方案如下：

01 核心保護(hù)器件選型及參數(shù)

不同接口的保護(hù)器件需滿足其電氣特性要求，以下為各接口對(duì)應(yīng)的保護(hù)器件參數(shù)及優(yōu)勢(shì)匯總：

02 接口ESD保護(hù)電路設(shè)計(jì)

3.5mm 音頻接口防護(hù)電路

3.5mm 音頻接口用于麥克風(fēng)輸入，含左/右聲道金屬觸點(diǎn)及接地觸點(diǎn)，工作頻率20Hz-40kHz、電壓5V、最大電流0.5A。

圖為 3.5mm音頻插頭

圖為 3.5mm音頻插座

（開(kāi)關(guān)型的沒(méi)有插頭時(shí)2/3、4/5端相連，插入后則斷開(kāi)）

防護(hù)電路中，TT0501MB、TT0501SA、TT0501SB直接并聯(lián)于接口的信號(hào)端與地之間，當(dāng)ESD發(fā)生時(shí)，器件快速導(dǎo)通，將靜電電流泄放至地，同時(shí)通過(guò)低鉗位電壓保護(hù)后端音頻電路。

圖為 3.5mm音頻接口ESD防護(hù)電路

如下表所示為ESD保護(hù)芯片的參數(shù)一覽

DC音頻接口防護(hù)電路

DC電源接口為直流輸入，輸出參數(shù)12V/1.5A（15W），需同時(shí)滿足ESD防護(hù)及防雷擊需求，故采用TVS管（瞬態(tài)電壓抑制二極管）作為保護(hù)器件。

電路中，可采用SMF12CA、SMAJ12CA，并聯(lián)于電源接口的VCC與GND之間，當(dāng)輸入電壓出現(xiàn)浪涌或ESD干擾時(shí)，TVS管迅速擊穿導(dǎo)通，將電壓鉗位至安全值，避免高壓損壞電源管理模塊。

圖為 電源接口的插座

圖為 電源接口TVS防護(hù)

如下表所示為ESD保護(hù)芯片的參數(shù)一覽

Micro-USB充電接口防護(hù)電路

Micro-USB充電接口是USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)便攜版本，比USB1.0更高速，節(jié)省空間，可以同時(shí)提供數(shù)據(jù)傳輸和充電，獨(dú)特之處在于包含了不銹鋼外殼，使得萬(wàn)次插拔不成問(wèn)題，其輸出電壓為5V，最大電流支持2A。

圖為 Micro-USB的引腳示意圖

對(duì)于Vbus可以TS0511LE防護(hù)，對(duì)于D+、D-采用TT0521SB防護(hù)，也可以采用集成式的ESD防護(hù)TT0512TM，引腳1、2接GND，引腳3接D-，引腳4接D+，引腳5接VCC，引腳6接Vbus。

圖為 TT0512TM電路圖

圖為 Micro-USB的ESD防護(hù)方案

如下表所示為ESD保護(hù)芯片的參數(shù)一覽

接口端是智能音箱ESD防護(hù)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，需根據(jù)接口的電氣特性匹配專用保護(hù)器件，通過(guò)“并聯(lián)泄放”“鉗位電壓”等核心原理實(shí)現(xiàn)有效防護(hù)。

未來(lái)，隨著智能音箱接口向“多功能一體化”發(fā)展（如 Type-C接口替代傳統(tǒng)接口，集成充電、數(shù)據(jù)、音頻等功能），ESD防護(hù)也將向集成化、小型化升級(jí)，進(jìn)一步提升防護(hù)效率與電路集成度。

晶揚(yáng)電子 | 電路與系統(tǒng)保護(hù)專家

深圳市晶揚(yáng)電子有限公司成立于2006年，是國(guó)家重點(diǎn)專精特新“小巨人”科技企業(yè)、國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)、深圳知名品牌、廣東省制造業(yè)單項(xiàng)冠軍產(chǎn)品、深圳市制造業(yè)單項(xiàng)冠軍企業(yè)，知識(shí)產(chǎn)權(quán)示范企業(yè)，建成廣東省ESD靜電保護(hù)芯片工程技術(shù)研究中心，榮獲中國(guó)發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)金獎(jiǎng)等。是多年專業(yè)從事IC設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售及系統(tǒng)集成的集成電路設(shè)計(jì)公司，在成都、武漢和加拿大設(shè)立有研發(fā)中心，擁有超百項(xiàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)和專利，業(yè)內(nèi)著名的“電路與系統(tǒng)保護(hù)專家”。為各類電子產(chǎn)品提供全方位、全覆蓋的靜電保護(hù)、高邊開(kāi)關(guān)等保護(hù)方案。

主營(yíng)產(chǎn)品:ESD、TVS、MOS管、DC-DC,LDO系列、工業(yè)&車規(guī)傳感器、高邊開(kāi)關(guān)（HSD)芯片、電流傳感器、汽車開(kāi)關(guān)輸入芯片等。