Ruido de la fuente de alimentación en audio

Tengo lo que seguramente es un problema clásico con respecto al ruido de conmutación de la fuente de alimentación y el audio, pero no puedo separar el mito de la realidad con respecto a lo que encontré hasta ahora sobre el tema.

Preparar:

1. Tengo un portátil con una fuente de alimentación externa y / o batería
2. Un receptor de radio que tiene su propia fuente de alimentación (es decir, no alimentado por SMPS portátil)
3. el receptor de radio alimenta una señal de audio en la línea de entrada del portátil
4. el receptor de radio es controlado por el portátil a través de RS232 (sintonización, etc.)

Problema:

• Si desconecto el portátil de su fuente de alimentación y lo ejecuto con batería, todo funciona perfectamente
• Pero si uso el portátil SMPS, escucho una tremenda cantidad de ruido en el audio

¿Alguien puede decirme dónde está el problema? Se habla mucho sobre los bucles de tierra, pero me cuesta creer que realmente existan en una instalación a tan pequeña escala.

¿Estoy en lo cierto al suponer que es probable que sea un problema de un nivel del suelo variable en la computadora portátil y el hecho de que la entrada de línea de la computadora portátil no es diferencial? ¿O hay una explicación más probable?

¿Cuál es la mejor solución? ¿Utiliza un opamp para construir un amplificador de entrada diferencial y alimentar su salida a la línea? ¿Qué uso como referencia de tierra para el opamp?

Soluciones propuestas en los comentarios y respuestas.

De las respuestas parecería que hay dos posibles problemas: 1. bucles de tierra y 2. captación de RF del SMPS externo en el cable de audio.

Las soluciones sugeridas son:

1. Solución amplificadora diferencial. ¿Ventajas desventajas?
2. Kortuk: combate la captación de RF del SMPS en el enlace de audio con un escudo conectado a tierra. Ventaja: solución invisible; ¿Desventaja? Pregunta: ¿no ayuda con ningún bucle de tierra?
3. Russell McMahon: transformador de audio en la línea de audio. Ventaja: simple; Desventaja: no es fácil de obtener, es costosa o tiene poca respuesta de frecuencia Pregunta: ¿esto ayuda con la captación de RF en la línea de audio?
4. Russell McMahon: sujete las ferritas EMC en la línea de audio para combatir la captación de RF. No ayuda contra bucles de tierra. Pregunta: ¿esto ayuda con el ruido en el rango audible? Tenía entendido que las ferritas solo ayudan a filtrar frecuencias muy altas.
5. David Kessner y Mary: Puesta a tierra del cuaderno. Esto desvía el ruido CM al suelo. Ventaja: barata, simple; Desventaja: cable adicional para manejar. Pregunta: combate tanto la captación de RF (si la tierra de audio está desviada) y evita los bucles de tierra?
6. Mary: absorbedor de ferrita alrededor de la línea de CC al portátil y bobinas de RF CM en la línea de audio y las líneas RS232. Desventaja: alto conteo de componentes y esfuerzo con los choques RF CM. No previene bucles de tierra.

El problema es común a este tipo de sistema de audio. Apuesto a que si observa el espectro de ruido, verá 60 Hz más muchas de las frecuencias armónicas (120 Hz, 180 Hz, 240 Hz, etc.). El hecho de que sea más que solo 60 Hz, o 50 Hz en algunos países, es un indicador de que no se trata simplemente de bucles de tierra.

También apostaría a que la fuente de alimentación de su computadora portátil solo tiene un enchufe de CA de 2 clavijas, sin el tercer enchufe a tierra.

En este tipo de fuente de alimentación, la salida está aislada eléctricamente de la entrada de CA. Pero no está perfectamente aislado. Hay una pequeña cantidad de corriente que fluye entre la barrera de aislamiento. Esto se llama la "corriente de fuga". No es mucha corriente, pero no tiene que ser así.

¡Algunos usuarios de computadoras portátiles informan que se sorprenden o sienten una sensación de hormigueo en las piernas cuando usan la computadora portátil mientras usan pantalones cortos! La razón de esto es que la corriente de fuga pasa a través de los tornillos en la parte inferior de la computadora portátil y entra en sus patas. Suena peligroso, pero la cantidad de corriente está muy por debajo del límite de seguridad. Es más sorprendente que cualquier otra cosa. Si usa pantalones, entonces está aislado.

Los cargadores de computadoras portátiles que tienen la tercera punta en el enchufe de CA no tienen este problema porque ese tercer enchufe está conectando el blindaje del chasis de la computadora portátil a tierra, lo que obliga a que la corriente de fuga vaya a tierra en lugar de a su pierna. Por supuesto, no hay fugas si se está quedando sin baterías.

En su caso, la corriente de fuga no solo va a su pierna, sino a su receptor de radio. La solución a esto es conectar a tierra adecuadamente su computadora portátil.

Tendrás que experimentar un poco con esto para encontrar la mejor solución. Obtener una fuente de alimentación con un enchufe de CA de 3 clavijas es lo mejor, pero no siempre es posible. La siguiente opción es encontrar algo en su computadora portátil que pueda conectar a tierra. Haga un adaptador de esa tercera punta a "algo". Ese algo podría ser la señal de tierra en el cable de salida de su fuente de alimentación. Podría ser un tornillo en la computadora portátil. O un escudo en un conector de computadora portátil no utilizado. O la tierra / blindaje en su cable de audio.

Haga ese adaptador de la tercera punta, pero deje el otro extremo desnudo por el momento. Luego, comienza a hurgar para ver si puedes conectarlo y dónde puedes hacerlo y hacer que el ruido desaparezca. Una vez que haya encontrado un lugar o dos, termine el adaptador para que sea fácil de usar.

Dos advertencias al hacer esto: ¡Asegúrese de que lo que sea que esté conectando a tierra esté realmente conectado a tierra! En la salida de la fuente de alimentación, asegúrese de conectar a tierra el conductor negativo o gnd. Y cuando hurgues, comprende que en realidad es posible que tengas que empujar un poco fuerte. Es probable que tanto el cable pelado como lo que sea que estés empujando tengan una capa delgada de material no conductor y necesites aplicar suficiente fuerza para atravesarlo. Frotar a veces también ayuda. La capa no conductora a veces es pintura sobre tornillos o un óxido (óxido) sobre los metales.

Vaya, aquí hay una tercera advertencia: tenga mucho cuidado al hacer ese adaptador de tercera punta. Estás jugando con voltajes potencialmente letales y no queremos que mueras. Construya el adaptador de manera que no exista la posibilidad de que falle o se cortocircuite contra cualquiera de los otros dos conductores en el enchufe de CA.

Pruébalo e informa de lo que encontraste.

Varias posibilidades, y posiblemente varias a la vez.

Kortuk está mirando al ruido SMPS, que es una cosa válida para mirar.

Un circuito de tierra y una captación de RF pueden existir muy felizmente en un sistema de ese tamaño. Cuando observa el tamaño del bucle físico que puede haberse formado, verá que es grande en comparación con las dimensiones que se utilizarían para una bobina de captación de señal radiada en RF e incluso en frecuencias de smps. Y un circuito de tierra no necesita ser muy grande físicamente: su "tamaño" se mide no en dimensiones físicas sino en la magnitud de la impedancia común en la tierra común que comparten dos subsistemas y en la corriente de señal que pasa a través de la resistencia. V = I x R.
V_ground_loop ~ = Signal_current x R_common_in_shared_ground_lead

Puede insertar disyuntores de bucle de tierra: son sencillos de hacer por su cuenta y consisten en el equivalente electromagnético del amplificador diferencial que identificó correctamente como una posible solución.

Para "romper el bucle", inserte un transformador de audio 1: 1 en el circuito de la señal de audio que está cerrando el bucle por conexión a tierra. Digo 1: 1 si el circuito existe y no desea afectar los niveles, pero podría usar 1: N o N: 1 según el circuito general. Puede obtener transformadores de audio de "radio de transistores" de varias relaciones de vueltas de casas de eliminación o vendedores de componentes del mercado de aficionados. Estos a menudo serán de bajo costo. De lo contrario, puede sacrificar una radio de transistores antigua adecuada. Si solo tiene transformadores 1: N y tiene varios "en la caja de basura", puede conectar estos 1: N a N: 1 dando 1: 1 en general.

Además de la pantalla de aluminio de Kortuk, puede probar una pinza o bucle a través de ferritas EMC que a menudo se suministran con nuevos dispositivos con funciones de RF y audio.