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BLE SoC DCDC系列(七): 磁铁干扰2.2uH电感,影响RF性能

Talon

2023-09-01 09:25:27

GR551x和GR552x系列芯片在消费类电子和工业电子中均有广泛的应用,在一些产品中,会存在磁性环境,比如在手表产品上,为了保证手表与充电座完美契合充电,一般就会使用磁吸方式,因此产品内部就会有磁铁存在,如此便引出一个问题,即磁铁影响2.2uH功率电感感量,以及如何尽可能降低磁铁对2.2uH电感的影响,避免影响RF性能。

由于磁铁会在其自身周围产生磁场,当磁铁靠近电感时,其周围的磁场会改变电感内部线圈中的电场分布情况,进而影响电感自身的磁导率,影响电感的感量,一般情况下,外磁场会导致电感量降低。


一、多大程度的磁铁干扰不影响芯片系统性能?

为了确定多大的磁场强度干扰不会影响芯片系统RF性能,如下图所示,通控制线圈两端的直流偏置电压大小来实现线圈的磁场强度控制,并通过特斯拉高斯计来实时测量磁场强度。

图7.1 DC可控电磁线圈环境

整个测试环境示意图如图7.2所示,使用电磁铁磁铁扫描EVB,其中只有2.2uH的电感会受到电磁铁的磁场影响。首先,将直流电流加到线圈两端,用于产生固定方向的磁场,而且可以通过线圈两端直流电压来控制电磁线圈的磁场强度;其次,将EVB上的2.2uH电感器靠近线圈产生的磁场,调节电磁线圈的磁场大小,观察DCDC纹波和RFsensitivity性能的变化。

图7.2 验证示意图


RF RX/TX性能受电磁线圈磁场强度的影响验证

2.2uH电感上的磁感应强度等于39mT时,RF Sensitivity会恶化1dB,当2.2uH电感上的磁感应强度等于46mT时,RF Sensitivity会恶化3dB,当2.2uH电感上的磁感应强度等于56mT时,RF Sensitivity会恶化10dB,当2.2uH电感上的磁感应强度等于62mT时,RF Sensitivity会恶化25dB

2.2uH电感上的磁感应强度大于20mT时,TX modulation的Δf2max指标会fail


二、DCDC纹波受电磁线圈磁场强度的影响验证

当将电磁线圈的磁场强度调至18mT时,DCDC的纹波幅值如图7.3所示,纹波幅值13mV,此时TX modulation测试pass;当将电磁线圈的磁场强度调至24mT时,DCDC的纹波幅值如图7.4所示,纹波幅值19mV,此时TX modulation测试fail

图7.3 磁场强度18mT下的DCDC纹波

图7.4 磁场强度24mT下的DCDC纹波


三、总结与说明

上述的验证分析只是基于某一种场景下,评估了磁铁磁场强度对芯片RF性能的影响,只能证明磁铁的磁场强度在2.2uH电感上的磁场强度小于20mT时,可保证BLE SoC芯片的系统性能不受磁铁影响。

但是在实际产品设计中,工程师需要结合实际的产品设计结构和所使用的磁铁大小,基于实际产品结构形态和实际磁铁规格,通过前期仿真评估磁铁需要摆放在什么位置,需要距离2.2uH电感多远才能满足低于20mT的磁场强度干扰,这些需要结合实际产品进行分析。

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