Аудиоманьяк, нет?
Техника для музыки



ЭМС в цифровом аудио для чайников

Краткий ликбез по ЭМС (электромагнитной совместимости), помехам и ферритам в цифровом аудио

 

Цифровые аудио-устройства принцпиально отличаются от аналоговых тем, что в своей работе используют очень высокочастотные сигналы, спектр которых простирается вплоть 1 ггц. Несмотря на то, что частота мастерклока ЦАПа может быть, допустим, 16.9344 мгц, поскольку цифровые сигналы имеют прямоугольную форму, спектр их очень широкий и содержит кратные основной частоте гармоники.

 

Такие высокочастотные сигналы требуют особых приемов работы, поскольку:

- проводник с током высокой частоты предствляет собой антенну;

- на высоких частотах сказывается индуктивность и емкость монтажа - т.е. проводники и земля перестают быть "просто проводниками с нулевым сопротивлением", а имеют определенный и весьма заметный импеданс для протекающих по ним ВЧ-токам;

- индуктивность проводника определяется в основном его длиной, с наращиванием ширины при той же длине она снижается слабо.

- путь нежелательного ВЧ-тока (помехи) надо "пресекать" как можно ближе к месту его возникновения, иначе он расползется везде (см.выше) и задавить помеху будет крайне трудно;

Основные правила следующие:

- укорачивание всех путей ВЧ-токов (цифровых сигналов): применение SMD-компонентов, коротких дорожек, земляных полигонов;

- расположение прямого сигнального провода рядом с возвратным (земляным). В случае земляных полигонов сигнальные линии должны располагаться всегда над ними. Вообще всегда надо представлять, как распространяются по земле возвратные токи. Возвратный ВЧ-ток всегда стремится "расположиться" в земляном полигоне как можно ближе к тому сигнальному проводнику, который его породил. Надо ему в этом помогать разводкой платы. Это снижает площадь контура излучения помехи.

- блокировочные керамические конденсаторы по питанию цифровых чипов должны располагаться в непосредственной близости (1мм) от вывода питания и обеспечивать кратчайший путь замыкания ВЧ-тока с лапы питания чипа до лапы земли чипа; после этого конденсатора надо ставить ферритовую бусину, например типа murata BLM31 или подобное;

- в проводниках цифровых сигналов использовать последовательные резисторы 50-100ом для исключения звона на фронтах и ограничения спектра излучения;

- по возможности не монтировать разъемы для подключения к плате кабелей на противоположных сторонах платы, стараться расположить их ближе друг к другу;

- с корпусом устройства соединять только аналоговую землю, но не цифровую.

Несмотря на принятие всех вышеперечисленных мер при разводке платы цифровое аудио-устройство, оснащенное быстрыми цифровыми чипами со значительным токопотреблением (ПЛИС, процессоры и т.п.), будет являться источником излучения синфазной помехи.

Помеха излучается как самой платой (и с этим уже ничего не поделать), так и в большей степени подключенными к ней проводами (сигналы, питание).

При этом синфазная помеха распространяется по обоим проводам (сигнальному и земляному) поэтому установка конденсатора между этими проводами, а равно их скручивание, на синфазную помеху не влияет. 

Короче говоря, любой кусок провода, подключенный к цифровой части платы является антенной, излучающей синфазную помеху.

Укорачивание проводов в этом случае ничего не даст - ВЧ-синфазная помеха уйдет по проводу дальше, через паразитные емкости трансформаторов питания и т.п.

Все это влияет на звучание самым негативным образом.

Средство против этого только одно: синфазные дроссели на ферритах на всех проводах, подключенных к цифровой части ЦАП.


Такой дроссель создаст высокий импеданс для ВЧ-сигналов в обоих проводниках и ослабит синфазную помеху.

В простейшем случае это представляет собой ферритовое кольцо, сквозь которое продет или на которое навит провод от платы (несколько витков). При этом сквозь одно кольцо должны проходить ОБА провода - например, +питания и земля. Феррит лучше брать с не очень большой магнитной проницаемостью (около 1000). Чем больше витков, тем больше будет импеданс дросселя, но ниже резонансная частота, после которой импеданс начнет снижаться. Общее правило - чем выше магнитная проницаемость феррита, тем раньше начинает валиться импеданс.

Существуют серийно выпускаемые крупными производителями синфазные помехоподавляющие дроссели для печатных плат - например murata DLW3, epcos B82790 и т.п.

При выборе таких дросселей следует обращать внимание на приведенный в даташите график импеданса. В общем случае, чем выше импеданс, тем лучше. В цифровом аудио наиболее критичным является импеданс в районе 100-300мгц, исходя из этого и следует выбирать дроссель.

Увеличение импеданса в 2 раза приводит к ослаблению излучения на 6дб.

Такие дроссели нужно устанавливать в непосредственной близости от разъемов на плате, к которым подключаются кабели.

Из цифровой части платы не должно выходить ни одного кабеля (провода), не прошедшего через феррит. Наличие хотя бы одного такого кабеля может свести на нет все усилия по снижению излучения.

Простым способом оценки излучения от устройства является обычный FM-приемник, настроенный на частоту, кратную частоте мастерклока устройства (допустим, у нас мастерклок 33.86мгц, тогда приемник надо настраивать на 67.72мгц). Чем дальше расстояние, на котором приемник "отзывается" на включение нашего устройства - тем хуже. Если ловит с другого конца комнаты - есть проблемы. Тыкая отверткой в различные части устройства, можно определить, какие из них являются наиболее "шумными".

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

Блог для разработчиков www.modlife.ru. Регистрация доменов www.modlife.ru низкие цены.