Conexión a tierra del circuito de audio para inmunidad RFI

Estoy tratando de determinar la mejor manera de conectar a tierra el siguiente circuito de audio para obtener la mejor inmunidad a RF. En este momento estoy viendo dos opciones, y no estoy seguro de si hay realmente mucha diferencia entre los dos.

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Opcion 2:ingrese la descripción de la imagen aquí

En primer lugar: he estado estudiando RFI, así que corríjame si me equivoco, pero según tengo entendido, cualquier captación de RF por los cables de entrada (V1, V2) probablemente será de modo común y se desviará. a tierra a través del chasis a través de la red de capacitores (obviamente suponiendo que la interferencia está en el rango de frecuencia correcto). El chasis está conectado a tierra.

En la opción 1, tengo dos puntos de tierra del chasis. Las tapas C11 y C12 se conectarían a tierra en una isla aislada en la PCB conectada directamente al chasis. Luego, la tierra de la señal se conectaría en una ubicación separada a un punto de tierra del chasis separado. Imagino que esto mantiene las corrientes de ruido de RF fuera del plano de tierra por completo, pero hay otra conexión a tierra del chasis separada al circuito. ¿Podría esto resultar en algún tipo de bucle? Me imagino que la corriente de RF está destinada a tierra, y el camino más corto es a través del CGND en la entrada, pero no estoy 100% seguro de si podría retroceder.

En la opción 2, eliminé el segundo punto de conexión a tierra del chasis y conecté la señal a tierra al punto de tierra del chasis C11/C12. La conexión a tierra de la señal aún está conectada a la conexión a tierra del chasis en un solo lugar, pero ahora solo hay una conexión al chasis y las corrientes de ruido pueden fluir a través del plano de conexión a tierra de la señal a la conexión a tierra del chasis. Probablemente haría una pequeña media isla o la diseñaría de alguna manera para mantener las corrientes de ruido de RF aisladas en un área pequeña y al mismo tiempo mantener una conexión entre la señal y la tierra del chasis. Pero todavía habría corrientes de ruido fluyendo a través de esta interconexión.

¿Alguna de estas opciones es mejor que la otra?

Actualización He agregado la última mitad del esquema según la respuesta de Dan, se dejó inicialmente solo porque pensé que haría que la imagen fuera demasiado grande para algunos navegadores.

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Actualización Con respecto a los comentarios en la discusión después de la publicación de DanMills, incluyo un dibujo de cómo visualizo el posible flujo de corrientes de protección y por qué me cuesta convencerme de que la "opción 1" es la mejor solución.

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Actualizar Aquí hay un ejemplo de cómo estaba pensando en diseñar la placa para facilitar solo una conexión de chasis para las corrientes de ruido de RF, pero manteniéndolas fuera del plano de tierra principal.

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Respuestas (2)

1 obtiene mi voto (Con algunas modificaciones).

La disposición de entrada está bien (podría beneficiarse de un estrangulador de modo común de ferrita, pero...), y es prácticamente la mejor práctica para la supresión de RFI en una línea balanceada. Agrega un modo diferencial de unos pocos cientos de pF (irrelevante en el tipo de impedancias que se ejecutan en las líneas balanceadas en audio profesional) y un modo común de aproximadamente 45pF que mantiene la impedancia del modo común útilmente alta en el audio y ultrasónica baja al tiempo que garantiza un buen balance de línea (porque los 47pF tapa inunda las tolerancias de las tapas de 470pF). Sin embargo, todavía desvía la RF a tierra, pero definitivamente querrá minimizar las longitudes de los rastros en esta área, las pequeñas cerámicas SMT C0G son buenas y si usa un XLR con pin 1 incorporado al chasis (debería), aprovéchelo. para minimizar el área del bucle dentro de la caja.

Ahora hablemos de la etapa de salida... Lo que tiene es más que un poco extraño, un filtro RLC donde la frecuencia del polo depende de la impedancia de carga, y ¿salir solo terminó en eso?

Si realmente no necesita dos polos aquí, ¿por qué no un paso bajo con un límite en R1? luego puede construir con unos 100 ohmios mucho más razonables, sin inductor (o una perla de ferrita para ayudar a mantener la RF fuera de los hechos), y puede equilibrar la impedancia de la salida.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

C1 establece el polo de paso bajo, recorta al gusto.

El plano interno de 0 V debe conectarse a la tierra del chasis en algún punto, pero es fundamental que no comparta ninguna red con las conexiones de pantalla de cable o RFI, ya que al hacerlo se creará una impedancia común que puede acoplar ruido en el circuito. Por esta razón, he mostrado esta conexión como un vínculo separado.

C4, C5 deben ser no polares y estar clasificados para al menos 50 V para garantizar que la alimentación fantasma no sea un problema, y ​​D1, D2 existen para evitar cualquier accidente de alimentación fantasma (no sugeriría 4148 en la práctica, elija algo moderno en un SOT23).

L1, L2 son cuentas de ferrita (o idealmente un pequeño estrangulador de modo común de ferrita), solo más medidas para mantener los teléfonos celulares fuera, y ese '081 debería ser realmente un 5532 o algo así (Algo como L1, L2 no es una mala idea en cada entrada también).

R4, R5 deben coincidir estrechamente ya que establecen el balance de línea y, por lo tanto, afectan el CMRR de un receptor balanceado aguas abajo, las partes de 0.1% no son el gasto que alguna vez fueron.

Por cierto, R1,2,3 son más bajos de lo que preferiría en una aplicación de nivel de línea, el flujo de corriente adicional tenderá a aumentar la distorsión a un nivel alto, unos pocos k son más razonables (¿Quizás 4k7?).

Gracias por esa respuesta detallada, lo siento, debería haber mencionado que dejé la última mitad del esquema por motivos de espacio. Un par de cosas: Entonces, el filtro LRC después del verano era originalmente una tecla de salida que usaba la mitad del opamp 5532 sobrante (lo cambié mientras intentaba diagnosticar el problema de tierra/antena que he tenido porque pensé que podría ser relacionado con opamp, relativamente seguro ahora que no lo es). También sentí que la adición de otro amplificador podría agregar ruido y que el circuito del filtro RLC, como se muestra, sería más silencioso, pero no puedo confirmar esto, ¿cuál es su opinión?
Me gusta la idea de agregar un límite al verano para que se reduzca también, estaba tratando de obtener al menos una pendiente de -12dB con un corte de alrededor de 100kHz, ya que sentí que ayudaría a deshacerme de cualquier basura de frecuencia más alta en la línea. De esas 3 opciones, la clave sallen, la pasiva, o el roll off con un límite adicional en U2B, o cualquier combinación de las tres, ¿cuál crees que es preferible y por qué? Estaba pensando principalmente desde una perspectiva de ruido adicional.
Re: las resistencias R1/R2/R3, la corriente medida en la amplitud máxima de la señal a través de 1k y fuera de los amplificadores diferenciales es un poco más de 2mA rms (el rango de salida planificado para esto es solo alrededor de +12dBu o algo así, por lo que no es una producción completa). rango de audio debido al suministro de un solo extremo). Una vez más, al dimensionarlos, estaba pensando principalmente en el ruido, cuanto más bajo, mejor. ¿Qué quiere decir exactamente con aumentar la distorsión a un nivel alto?
Su comentario con respecto a la conexión del chasis del avión GND habla mucho a favor de la opción 1 y en realidad está muy en contra de la opción 2, ya que en el segundo caso, las corrientes de RF compartirían un área pequeña en el plano gnd (sin embargo, se enrutarían lejos de las corrientes de señal) . Tal vez sea una pregunta ignorante, pero ¿es posible que las corrientes de RF desviadas por la tapa de entrada viajen a través del chasis y regresen a la placa, a través del circuito PS y luego a través de la fuente de alimentación, por ejemplo (sin una tercera clavija)? Obviamente, esto sería una ruta de impedancia muy alta en relación con el flujo del chasis a la tierra...
pero he leído que estas corrientes a menudo pueden viajar a través del PS a tierra a través de la capacitancia del PS, incluso si no están conectadas directamente. Y finalmente (¡uf!) agregar ferritas en las salidas parece que probablemente sea una buena idea, qué impedancia en qué rango de frecuencia recomendaría que mire, y si deberían estar después de C1/C17 o antes de R5/6, o realmente importa (siempre que quede el equilibrio)?
A nivel de línea, la contribución de ruido de una resistencia de valor ligeramente más alto será menos importante que la contribución de distorsión de un opamp con una carga más pesada. Iría por un MFB (en lugar de una sallen y una tecla, el MFB se comporta mejor a alta frecuencia), más un límite en R1, quizás 60 KHz con el MFB y alrededor de 100 KHz con el combo R1/Cap. No querrás que nada de esto pase demasiado bajo. Los inductores son los menos ideales de todos los componentes, evítelos a menos que sea necesario. Consulte AES48 para obtener más información sobre el chasis y la conexión a tierra.
Para las ferritas de modo común, algo como un TDK ACM2012-201-2P-T002 (pero hay docenas de variaciones de todos los sospechosos habituales) funciona bien, justo en el conector.
Después de pensar en esto durante los últimos días, todavía me cuesta convencerme de que el esquema de suelo propuesto en la "opción 1" es una buena idea. He leído las notas de interconexión balanceada/conexión a tierra/blindaje de Rane y casi todos los artículos de Bill Whitlock probablemente al menos 10 veces y SIEMPRE se sugiere conectar solo la señal común al chasis en un solo lugar. En la "opción 1" anterior, tal como lo veo, estoy creando efectivamente un bucle a través del chasis para las corrientes de ruido de protección, mientras que en la "opción 2", mientras que hay una conexión de chasis común compartida con RF...
corrientes, solo hay una conexión interna, por lo que no hay posibilidad de que las corrientes circulen internamente a través del chasis. Estoy actualizando el esquema para reflejar la forma en que estoy visualizando esto. Cualquier explicación adicional que confirme o explique lo que me falta sería bienvenida.
Es posible que desee considerar que en las frecuencias de audio, un límite de 47pF también puede ser un circuito abierto ... Además, cualquier corriente de baja frecuencia en esa parte será de modo común en el receptor de línea y, por lo tanto, se atenuará severamente.
Su opción 2 en realidad muestra el problema, todas las corrientes de RF ahora fluyen en la referencia de un solo extremo de su PCB, y eso causa caídas de voltaje y, por lo tanto, ruido, también se acopla electromagnéticamente a todo lo demás en el tablero. En serio, obtenga AES48 y también los documentos de Tony Walderon sobre esto. Los bucles de tierra NO son un problema siempre que pueda mantenerlos en la estructura metálica y no en su referencia interna de un solo extremo.
Gracias por seguir conmigo en esto. He mirado algunos de los documentos de Tony Waldron, buena información, similar a la que me he estado inundando recientemente. Entiendo que 47pF es una impedancia muy alta para bucles de tierra de baja frecuencia. Pero mi preocupación en esta publicación es que el ruido del escudo de RF se demodule en el rango de audio ... y ahí es donde me molesta el bucle (tal vez sin fundamento). Actualicé el dibujo para reflejar con mayor precisión la ubicación del suelo e incluí un diseño de tablero de muestra, esto daría una conexión CGND sin bucle. ¿La corriente RF causaría problemas aquí?
Incluso podría redirigir para ejecutar esas corrientes en rastros a la conexión del chasis y mantener las corrientes fuera del plano GND por completo.
El blindaje del cable es un problema aparte y absolutamente debe ir directamente a la caja justo en el conector, NO desea ninguna longitud de rastro más que la mínima en esta conexión porque acoplaría RF en la caja. En cuanto a su red RFI: acaba de crear un bucle dentro del chasis de un par de pulgadas cuadradas a medida que la corriente fluye desde la tapa, a través del tablero (en realidad, el problema menor) por ese punto muerto, de regreso a través del chasis y finalmente a la pantalla del cable... Eso es más que suficiente para rociar RF de teléfono celular alrededor del interior de la caja.

Siempre es mejor un único punto de conexión a tierra, por lo que la opción 2 es la mejor de las dos. Sin embargo, la conexión a tierra debe estar lo más cerca posible de las entradas. Para el audio, desea evitar los bucles de tierra como la peste. Realmente desea un solo plano de tierra conectado de nuevo a la fuente de alimentación y luego conectado a la tierra del chasis allí.

Sin embargo, ya está utilizando un receptor diferencial en la entrada que rechazará el ruido de modo común por sí solo. La red de capacitores que ha agregado simplemente distorsionará su señal de entrada y desviará todas sus frecuencias más altas. Para un sistema de audio, esa es una muy mala idea.

Lo mismo ocurre con esa extraña disposición de filtros que tiene en la salida.

Corrección: en una investigación más profunda, la red de límite parece ser legítima, suponiendo que la impedancia de salida de la fuente sea baja.

Esa red de condensadores en realidad se recomienda específicamente en la hoja de datos para el receptor ESE para minimizar los efectos en el audio mientras rechaza RF. Consulte la figura 4 aquí: thatcorp.com/datashts/THAT_1240-Series_Datasheet.pdf
@ User7251 gracias, me lo perdí, nunca lo había visto antes. Sin embargo, depende de la impedancia de salida de la fuente.