Аудиоцепь заземления для защиты от радиопомех

Я пытаюсь определить лучший способ заземления следующей звуковой цепи для лучшей устойчивости к радиочастотам. Сейчас я рассматриваю два варианта и не уверен, что между ними есть большая разница.

Опция 1:введите описание изображения здесь

Вариант 2:введите описание изображения здесь

Во-первых: я изучал ВЧ-помехи, поэтому, пожалуйста, поправьте меня, если я ошибаюсь, но, как я понимаю, любые ВЧ-сигналы входных кабелей (V1, V2), скорее всего, будут синфазными и будут шунтированы. к заземлению через шасси через конденсаторную сеть (очевидно, при условии, что помехи находятся в правильном частотном диапазоне). Шасси заземлено.

В варианте 1 у меня есть две точки заземления шасси. Колпачки C11 и C12 будут заземлены на изолированный островок на печатной плате, напрямую подключенной к шасси. Затем земля сигнала будет привязана в отдельном месте к отдельной точке заземления шасси. Я предполагаю, что это позволит полностью убрать токи радиочастотного шума с земли, но есть еще одно отдельное соединение заземления шасси с цепью. Может ли это привести к какой-то петле? Я бы предположил, что ВЧ-ток предназначен для заземления, а кратчайший путь проходит через CGND на входе, но я не уверен на 100%, может ли он зацикливаться.

В варианте 2 я исключил вторую точку заземления шасси и привязал сигнальную землю к точке заземления шасси C11/C12. Сигнальная земля по-прежнему подключена к земле шасси только в одном месте, но теперь есть только одно соединение с шасси, и шумовые токи могут протекать через пластину заземления сигнала к земле шасси. Я бы, вероятно, сделал небольшой полуостров или каким-то образом разместил бы его, чтобы изолировать токи радиочастотного шума на небольшой площади, сохраняя при этом соединение между сигналом и землей шасси. Но через это соединение все равно будут протекать шумовые токи.

Является ли один из этих вариантов лучше другого?

Обновление. Я добавил последнюю половину схемы в соответствии с ответом Дэна, изначально она была опущена только потому, что я думал, что это сделает изображение слишком большим для некоторых браузеров.

введите описание изображения здесь

Обновление Что касается комментариев в обсуждении после сообщения DanMills, я включаю рисунок того, как я визуализирую возможный поток токов экрана и почему мне трудно убедить себя, что «вариант 1» является лучшим решением.

введите описание изображения здесь

Обновление Вот пример того, как я думал расположить плату так, чтобы облегчить только одно соединение шасси для токов ВЧ-шумов, но держать их подальше от основного заземляющего слоя.

введите описание изображения здесь

Ответы (2)

1 получает мой голос (с некоторыми изменениями).

Расположение входов просто отличное (может быть лучше от некоторого ферритового синфазного дросселя, но ...), и это почти лучшая практика для подавления радиопомех на симметричной линии. Он добавляет несколько сотен пФ в дифференциальном режиме (не имеет значения для сбалансированных линий, работающих в профессиональном аудио) и около 45 пФ в синфазном режиме, которые поддерживают высокий импеданс синфазного сигнала в аудио и низкий уровень ультразвука, обеспечивая при этом хороший баланс линии (потому что 47 пФ крышка перекрывает допуски крышек 470pF). Тем не менее, он по-прежнему шунтирует радиочастоту на землю, но вам обязательно нужно минимизировать длину дорожек в этой области, небольшая керамика SMT C0G хороша, и если вы используете XLR со встроенным соединением контакта 1 с шасси (вам следует), воспользуйтесь этим. чтобы минимизировать площадь петли внутри коробки.

Теперь давайте поговорим о выходном каскаде... То, что у вас есть, более чем немного странное, RLC-фильтр, где полюсная частота зависит от импеданса нагрузки, и при этом выходит однотактный?

Если вам здесь действительно не нужны два полюса, почему бы не использовать фильтр низких частот с заглушкой на R1? тогда вы можете создать гораздо более разумные 100 Ом или около того, без катушки индуктивности (или с ферритовой бусиной, чтобы не допустить вмешательства ВЧ), и вы можете сбалансировать выходной импеданс.

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

C1 устанавливает полюс нижних частот, подстраивайте по вкусу.

Внутренняя плоскость 0 В в какой-то момент должна быть подключена к заземлению шасси, но очень важно, чтобы она не делила какую-либо сеть с соединениями RFI или экрана кабеля, поскольку это создаст общий импеданс, который может наводить помехи в цепь. По этой причине я показал эту связь как отдельную связь.

C4, C5 должны быть неполярными и рассчитаны как минимум на 50 В, чтобы гарантировать отсутствие проблем с фантомным питанием, а D1, D2 существуют, чтобы ограничивать любые аварии с фантомным питанием (я бы не рекомендовал 4148 на практике, выберите что-нибудь современное в SOT23).

L1, L2 — это ферритовые кольца (или, в идеале, небольшой ферритовый синфазный дроссель), просто дополнительные меры для защиты от сотовых телефонов, и что 081 действительно должен быть 5532 или чем-то подобным (что-то вроде L1, L2 — неплохая идея для также каждый вход).

R4, R5 должны быть точно согласованы, так как они устанавливают линейный баланс и, следовательно, влияют на CMRR сбалансированного приемника в нисходящем направлении.

Между прочим, R1,2,3 ниже, чем я бы предпочел в приложении линейного уровня, дополнительный поток тока будет иметь тенденцию увеличивать искажения на высоком уровне, несколько кОм более разумны (может быть, 4k7?).

Спасибо за этот подробный ответ, извините, я должен был упомянуть, что я оставил последнюю половину схемы в интересах места. Пара вещей: Таким образом, фильтр LRC после лета изначально был салленовым ключом, использующим оставшуюся половину операционного усилителя 5532 (я заменил его, пытаясь диагностировать проблему с землей / антенной, которая у меня была, потому что я думал, что это может быть связанный с операционным усилителем, теперь относительно уверен, что это не так). Я также чувствовал, что добавление еще одного усилителя может добавить шума, а схема фильтра RLC, как показано, будет тише, но я не могу полностью подтвердить это, что вы думаете?
Мне также нравится идея добавить к лету ограничение на спад, я пытался получить как минимум -12 дБ спада с отсечкой около 100 кГц, так как я чувствовал, что это поможет избавиться от любого высокочастотного мусора на линии. Из этих 3-х вариантов, саллен-ключ, пассив или скатывание с добавленным колпачком на U2B, или любая комбинация из трех, что вы считаете предпочтительнее и почему? Я думал в основном с точки зрения дополнительного шума.
Re: резисторы R1/R2/R3, ток, измеренный при максимальной амплитуде сигнала через 1 кОм и выход из дифференциальных усилителей, составляет чуть более 2 мА (среднеквадратичное значение) (запланированный выходной диапазон для этого составляет всего около +12 dBu или что-то в этом роде, так что это не полное соответствие). звуковой диапазон из-за несимметричного питания). Опять же, при их определении я думал в основном о шуме, чем ниже, тем лучше. Что именно вы подразумеваете под повышением искажений на высоком уровне?
Ваш комментарий относительно соединения плоскости GND с шасси говорит в пользу варианта 1 и на самом деле сильно против варианта 2, поскольку во втором случае ВЧ-токи будут разделять небольшую область в плоскости заземления (хотя они будут направляться далеко от сигнальных токов) . Может быть, невежественный вопрос, но возможно ли, чтобы входные высокочастотные токи, шунтированные крышкой, проходили через шасси и обратно в плату, через схему PS, а затем, например, через источник питания (без третьего контакта)? Очевидно, что это будет путь с чрезвычайно высоким импедансом по сравнению с простым потоком от шасси к земле...
но я читал, что эти токи часто могут проходить через PS на землю через емкость PS, даже если они не подключены напрямую. И, наконец (ух!) добавление ферритов на выходы звучит как хорошая идея, какой импеданс в каком диапазоне частот вы бы порекомендовали мне посмотреть, и должны ли они быть после C1/C17 или перед R5/6, или это действительно так? материя (пока сохраняется равновесие)?
На линейном уровне вклад шума от резистора с чуть более высоким сопротивлением будет менее важным, чем вклад искажений от более сильно нагруженного операционного усилителя. Я бы выбрал MFB (вместо саллена и ключа, MFB лучше ведет себя на высоких частотах), плюс конденсатор на R1, может быть, 60 кГц с MFB и где-то около 100 кГц с комбо R1/Cap. Вы же не хотите, чтобы что-либо из этого опускалось слишком низко. Катушки индуктивности наименее идеальны из всех компонентов, избегайте их без необходимости. Подробнее о шасси и заземлении см. AES48.
Для синфазных ферритов хорошо работает что-то вроде TDK ACM2012-201-2P-T002 (но есть десятки вариаций от всех обычных подозреваемых), прямо на разъеме.
После размышлений об этом в течение последних нескольких дней мне все еще трудно убедить себя, что предлагаемая схема заземления в «варианте 1» — хорошая идея. Я прочитал заметки о симметричном соединении/заземлении/экранировании от Рейна и почти каждую статью Билла Уитлока, вероятно, не менее 10 раз, и ВСЕГДА предлагается подключать общий сигнал к шасси только в одном месте. В «варианте 1» выше, как мне кажется, я фактически создаю петлю через шасси для шумовых токов экрана, тогда как в «варианте 2», в то время как есть соединение шасси с общим общим с RF ...
токов, имеется только одно внутреннее соединение, поэтому токи не могут проходить внутри шасси. Я обновляю схему, чтобы отразить то, как я это визуализирую. Приветствуются любые дополнительные объяснения, подтверждающие или объясняющие, что мне не хватает.
Возможно, вы захотите учесть, что на звуковых частотах конденсатор 47 пФ также может быть разомкнутой цепью ... Также любой низкочастотный ток в этой части будет синфазным в линейном приемнике и, таким образом, сильно ослабится.
Ваш вариант 2 на самом деле показывает проблему: все радиочастотные токи теперь протекают по несимметричному эталону вашей печатной платы, что вызывает падение напряжения и, следовательно, шум, а также электромагнитные связи со всем остальным на плате. Серьезно, получите AES48 и документы Тони Уолдерона по этому поводу. Контуры заземления НЕ являются проблемой до тех пор, пока вы можете оставить их в металлоконструкциях, а не во внутреннем несимметричном эталоне.
Спасибо, что остаетесь со мной в этом. Я просмотрел некоторые документы Тони Уолдрона, хорошая информация, похожая на то, чем я недавно завалил себя. Я понимаю, что 47 пФ - это очень высокий импеданс для низкочастотных контуров заземления. Но в этом посте меня беспокоит то, что шум радиочастотного экрана демодулируется в звуковой диапазон… и именно здесь меня беспокоит петля (возможно, необоснованная). Я обновил рисунок, чтобы более точно отразить расположение на земле, и включил образец макета платы, это дало бы одно соединение CGND без петли. Не вызовет ли здесь проблемы радиочастотный ток?
Я мог бы даже перенаправить эти токи по дорожкам к соединению шасси и полностью убрать токи с плоскости GND.
Кабельный экран — это отдельная проблема, и он абсолютно точно должен подходить непосредственно к корпусу прямо на разъеме, вам НЕ нужна какая-либо дорожка, кроме самой минимальной длины, в этом соединении, потому что это будет связывать радиочастоту с корпусом. Что касается вашей сети радиопомех: вы только что создали петлю внутри корпуса размером в пару квадратных дюймов, поскольку ток течет от крышки, через плату (на самом деле это наименьшая проблема) вниз по этой стойке, обратно через шасси и, наконец, к экрану кабеля... Этого более чем достаточно, чтобы распылить RF сотового телефона внутри коробки.

Одна точка заземления всегда предпочтительнее, поэтому вариант 2 лучше. Однако заземление должно быть как можно ближе к входам. Для аудио вы хотите избежать контуров заземления, как чумы. Вы действительно хотите, чтобы одна единственная плоскость заземления была подключена к источнику питания, а затем подключена к заземлению шасси.

Однако вы уже используете на входе дифференциальный приемник, который сам по себе подавляет синфазный шум. Добавленная вами конденсаторная сеть просто исказит ваш входной сигнал и шунтирует все ваши более высокие частоты. Для аудиосистемы это действительно плохая идея.

То же самое касается странного расположения фильтров на выходе.

Исправление: при дальнейшем исследовании кепочная сеть кажется законной, если предположить, что выходное сопротивление источника низкое.

Эта конденсаторная сеть на самом деле специально рекомендуется в таблице данных для приемника THAT, чтобы свести к минимуму влияние на звук при подавлении RF. Посмотрите рисунок 4 здесь: thatcorp.com/datashts/THAT_1240-Series_Datasheet.pdf
@ User7251, спасибо, я пропустил это, никогда раньше не видел. Однако это зависит от выходного сопротивления источника.