Ruído da fonte de alimentação em áudio

Eu tenho o que é certamente um problema clássico no que diz respeito ao ruído e ao áudio da comutação da fonte de alimentação, mas não consigo distinguir o mito da realidade em relação ao que encontrei até agora sobre o assunto.

Configuração:

1. Eu tenho um notebook com alimentação externa e / ou bateria
2. Um receptor de rádio que possui sua própria fonte de alimentação (ou seja, não é alimentada pelo notebook SMPS)
3. o receptor de rádio alimenta um sinal de áudio na entrada do notebook
4. o receptor de rádio é controlado pelo notebook via RS232 (sintonia etc.)

Problema:

• Se eu desconectar o notebook da fonte de alimentação e usá-lo com a bateria, tudo funcionará perfeitamente
• Mas se eu usar o notebook SMPS, ouço uma quantidade enorme de ruído no áudio

Alguém pode me dizer onde está o problema? Fala-se muito em loops de terra, mas tenho dificuldade em acreditar que eles realmente existem em uma instalação tão pequena.

Estou certo de presumir que é provável que seja um problema de nível de solo variável no notebook e o fato de que a entrada de linha de entrada do notebook não seja diferencial? Ou existe uma explicação mais provável?

Qual é a melhor solução? Use um opamp para construir um amplificador de entrada diferencial e alimentar sua saída na linha? O que eu uso como referência de solo para o opamp?

Soluções propostas nos comentários e respostas

A partir das respostas, parece que existem dois problemas possíveis: 1. loops de aterramento e 2. captação de RF do SMPS externo no fio de áudio.

As soluções sugeridas são:

1. Solução de amplificador diferencial. Vantagens desvantagens?
2. Kortuk: Combate a captação de RF do SMPS no link de áudio com uma blindagem aterrada. Vantagem: solução invisível; Desvantagem? Pergunta: não ajuda com nenhum loop de terra?
3. Russell McMahon: Transformador de áudio na linha de áudio. Vantagem: simples; Desvantagem: não é fácil de obter, resposta de frequência cara ou ruim. Pergunta: isso ajuda na captação de RF na linha de áudio?
4. Russell McMahon: prenda os ferrites da EMC na linha de áudio para combater a captura de RF. Não ajuda contra loops de terra. Pergunta: isso ajuda com ruído na faixa audível? Entendi que os ferritos apenas ajudam a filtrar frequências muito altas.
5. David Kessner & Mary: Aterramento do notebook. Isso desvia o ruído do CM para o solo. Vantagem: barato, simples; Desvantagem: fio adicional para manusear. Pergunta: combate a captação de RF (se o áudio-terra é desviado) e evita loops de terra?
6. Mary: absorvedor de ferrite em torno da linha DC para o notebook e o RF CM engasga na linha de áudio e nas linhas RS232. Desvantagem: alta contagem de componentes e esforço com as bobinas RF CM. Não impede loops de terra.

O problema é comum a esse tipo de sistema de áudio. Eu apostaria que se você olhasse para o espectro de ruído, veria 60 Hz mais muitas frequências harmônicas (120 Hz, 180 Hz, 240 Hz, etc.). O fato de ser mais do que apenas 60 Hz ou 50 Hz em alguns países é um indicador de que não são apenas simples loops de aterramento.

Eu também apostaria que a fonte de alimentação do seu laptop possui apenas um plugue CA de 2 pinos - sem o terceiro plugue de aterramento.

Nesse tipo de fonte de alimentação, a saída é isolada eletricamente da entrada CA. Mas não é perfeitamente isolado. Há uma pequena quantidade de corrente que flui entre a barreira de isolamento. Isso é chamado de "corrente de fuga". Não é muito atual, mas não precisa ser.

Alguns usuários de laptop relatam ficar chocados ou sentir uma sensação de formigamento nas pernas ao usar o laptop enquanto usam shorts! A razão para isso é que a corrente de fuga está passando pelos parafusos na parte inferior do laptop e entrando nas pernas. Parece perigoso, mas a quantidade de corrente está bem abaixo do limite de segurança. É mais surpreendente do que qualquer outra coisa. Se você está vestindo calças, está isolado.

Os carregadores de laptop com o terceiro pino no plugue CA não têm esse problema porque esse terceiro plugue está conectando a blindagem do chassi do laptop ao terra - forçando a corrente de fuga a aterrar em vez de entrar na perna. Obviamente, não há vazamentos se você estiver ficando sem baterias.

No seu caso, a corrente de fuga não está apenas entrando na sua perna, mas no seu receptor de rádio. A solução para isso é aterrar corretamente o seu laptop.

Você precisará experimentar isso um pouco para encontrar a melhor solução. Obter uma fonte de alimentação com um plugue CA de 3 pinos é o melhor, mas nem sempre é possível. A próxima opção é encontrar algo no seu laptop que você possa aterrar. Faça um adaptador dessa terceira ponta para "alguma coisa". Isso pode ser o sinal de aterramento no cabo de saída da sua fonte de alimentação. Pode ser um parafuso no laptop. Ou um escudo em um conector de laptop não utilizado. Ou o terra / blindagem no seu cabo de áudio.

Faça esse terceiro adaptador de ponta, mas deixe a outra extremidade vazia por enquanto. Em seguida, comece a cutucá-lo para ver se ou onde você pode conectá-lo e deixar o barulho desaparecer. Depois de encontrar um ou dois lugares, termine o adaptador para facilitar o uso.

Dois avisos ao fazer isso: Verifique se o que você está aterrando está realmente aterrado! Na saída da fonte de alimentação, certifique-se de aterrar o condutor negativo ou GND. E ao bisbilhotar, entenda que você pode realmente precisar cutucar um pouco. Tanto o fio desencapado quanto o que você está cutucando provavelmente terão uma fina camada de material não condutor, e você precisará aplicar força suficiente para cutucá-lo. Esfregar às vezes também ajuda. Às vezes, a camada não condutora é pintada com parafusos ou óxido (ferrugem) nos metais.

Opa, aqui está um terceiro aviso: tenha muito cuidado ao fazer esse adaptador de 3 pinos. Você está mexendo com tensões potencialmente letais e não queremos que você morra. Construa o adaptador de maneira que não haja possibilidade de falha e curto-circuito contra um dos outros dois condutores no plugue CA.

Experimente e relate o que encontrou!

Várias possibilidades, e possivelmente várias ao mesmo tempo.

Kortuk está olhando para o ruído SMPS, o que é válido.

Um loop de aterramento e um captador de RF podem existir com alegria em um sistema desse tamanho. Quando você olha para o tamanho do loop físico que pode ter sido formado, verá que ele é grande comparado às dimensões que seriam usadas para uma bobina de captação de sinal irradiado na RF e até nas frequências smps. E um loop de aterramento não precisa ser muito grande fisicamente - seu "tamanho" é medido não nas dimensões físicas, mas na magnitude da impedância comum no terreno comum que dois subsistemas estão compartilhando e na corrente de sinal que passa através da resistência. V = I x R.
V_ground_loop ~ = Sinal_corrente x R_common_in_shared_ground_lead

Você pode inserir disjuntores de terra - eles são simples de fazer bricolage e consistem no equivalente eletromagnético do amplificador diferencial que você identificou corretamente como uma solução possível.

Para "interromper o loop", insira um transformador de áudio 1: 1 no circuito de sinal de áudio que está fechando o loop por motivos de aterramento - Neste caso = receptor de rádio para notebook. Eu digo 1: 1 se o circuito existe e você não deseja afetar os níveis, mas você pode usar 1: N ou N: 1, dependendo do circuito geral. Você pode obter transformadores de áudio de "rádio transistor" com diversas proporções de voltas em depósitos ou vendedores de componentes de mercado amador. Estes serão frequentemente de baixo custo. Caso contrário, você pode sacrificar um rádio transistor antigo adequado. Se você tiver apenas transformadores 1: N e tiver vários "na caixa de lixo", poderá conectar esses 1: N em N: 1, dando 1: 1 no geral.

Assim como a tela de alumínio da Kortuk, você pode tentar prender ou prender as ferrites da EMC, que geralmente são fornecidas com novos aparelhos com funções de RF e áudio.