Contrarrestar el acoplamiento de CA de la tarjeta de sonido para leer datos digitales

La forma más fácil de superar el acoplamiento de CA es convertir sus señales de CC en CA. Parece lógico, ¿no?

Un método simple es simplemente cortar su señal de entrada a alguna frecuencia nominal. En algún lugar entre 500 Hz y 1 KHz parece razonable.

Lo que termina es una señal de CA (onda cuadrada) de cualquier amplitud que fuera su señal de CC original.

Hay varias formas sencillas de hacer esto.

1) El método más simple es usar un temporizador CMOS 555 como TLC555. No estoy en mi computadora en este momento, pero ingresaré un esquema cuando llegue a casa. Pero sigue una descripción verbal:

Conecte los pines 2 y 6 juntos y a su condensador de tiempo. La resistencia de temporización se conecta entre los pines 2/6 y el pin 3. Los pines 4 y 8 van a su fuente de alimentación (5-15 V CC). El pin 1 va a tierra.

Conecte su señal de CC de entrada a través de una resistencia de 4.7k al pin 7 de 555. Este pin también alimenta la entrada analógica en su computadora.

Elija la red RC de temporización para su frecuencia deseada.

Hecho. . .

Hay otros métodos de chopper, pero este es realmente simple y económico.

[Editar]

Al volver a leer la pregunta original y los comentarios y respuestas posteriores, cambiaré ligeramente mi respuesta.

Debido a que está enviando pulsos (no niveles de CC) de amplitud variable al teléfono inteligente / PC, le sugiero que trate la señal de corte como un portador. Por lo tanto, establecería que la frecuencia de corte sea bastante alta, por encima de 10 KHz pero por debajo de 20 KHz. No sé qué tan nítidos son los filtros anti-aliasing en las entradas analógicas modernas de computadoras / teléfonos inteligentes, pero creo que desea estar bien alejado de ellos. Tal vez pueda obtener la frecuencia de corte hasta 16 o 18 KHz, sinceramente, no lo sé.

Luego, simplemente realice un esquema de detección de envolvente en el software para recuperar las amplitudes de la señal de CC original.

Aquí está el esquema que prometí antes. Tenga en cuenta que esto funciona bien con un temporizador CMOS 555, no con una de las piezas bipolares originales. TLC555 es mi temporizador 555 estándar.

El pin 7 funciona para cortar la señal de entrada porque es una salida de drenaje abierto. Tomamos nuestra retroalimentación de tiempo del pin de salida (Pin 3) - esto funciona bien porque el Pin 3 es una salida CMOS simétrica con un nivel Vout-HI casi igual a Vdd y un nivel Vout-LO casi igual a Vss.

Ninguna de estas funciones es posible si se utiliza un bipolar 555 original.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

La respuesta rápida es no. Estás viendo dos efectos diferentes.

De hecho, la entrada de micrófono de Android está acoplada a CA, pero la frecuencia de corte es mucho más alta que la frecuencia de su sensor. Dado que no proporciona ninguna información sobre las bases de tiempo para las diferentes trazas, es imposible darle números concretos sobre cómo es la respuesta de frecuencia de la entrada de Android.

La PC también tiene un corte de baja frecuencia que es demasiado alto, pero está un poco más cerca de los datos de su sensor que el Android. Además, tiene una impedancia de entrada de aproximadamente 1 kilohm, lo que carga su red de resistencias y provoca la baja amplitud.

No hay una forma práctica de evitar los efectos del acoplamiento de CA (tenga en cuenta que dije práctico: podría construir un filtro de preénfasis, pero no creo que quiera ir allí). La impedancia de entrada de la PC se puede compensar construyendo un amplificador de búfer con un amplificador operacional.

Una excelente pregunta, en presentación y contenido. Y su análisis de cómo obtener lo que desea de un solo canal de entrada (mono) es admirable.

Sospecho que el problema es que la constante de tiempo de filtrado del teléfono es más corta que la de la PC (es decir, el corte de baja frecuencia del teléfono es más alto que el de las PC), y eso probablemente se deba a que el acoplamiento de CA limita el espectro completo. El audio de 20-20 kHz tiende a ser relativamente grande, más grande de lo que cabría cómodamente en un teléfono. Apuesto dinero a que el teléfono tendrá una sensibilidad más baja a la baja frecuencia (una especificación que probablemente nunca verás publicada para un teléfono), y es posible que estén haciendo un impulso de gama baja para tratar de compensar esta realidad.

Creo que estaría de nuevo en camino para procesar primero los datos de su sensor en un esquema de modulación compatible con CA, como sugirió Dwayne.

Si todo lo que se le hace a la señal es un filtro de bloqueo de CC (es decir, un filtro de paso alto), en principio puede recuperar la señal original mediante integración. Este método es susceptible de amplificar el ruido y puede divergir fácilmente si sus constantes no se seleccionan cuidadosamente, pero es teóricamente posible.

La buena noticia es que no tiene que reconstruir la señal original. Si bien los pulsos pueden ocurrir con muy poca frecuencia, en principio solo está interesado en el flanco ascendente o descendente, que es en sí mismo un componente de alta frecuencia y se registra bien, incluso si el voltaje vuelve a caer a cero.

La mala noticia es que parece que aquí están en juego otros efectos además de un simple filtro de bloqueo de CC. Puede haber AGC (control automático de ganancia) o intentos de cancelación de ruido, especialmente en la señal de Android, lo que podría explicar la rampa lenta de la amplitud. Una respuesta de StackOverflow sugiere que estas cosas no se pueden desactivar, mientras que un comentario a esa respuesta sugiere que VOICE_RECOGNITIONse supone que la constante le brinda la transmisión de audio sin procesar, pero es posible que no siempre lo haga. Tal vez haya un circuito analógico en la tableta que simplemente no se puede apagar.

Es posible que desee repensar el esquema de modulación por completo. De manera similar a la respuesta de Dwayne, podría considerar configurar un 555 u otro circuito para producir un breve chirrido, o tren de pulsos, en cada pulso, a diferentes frecuencias para los dos sensores. Luego, los pulsos se pueden detectar analizando la señal en el software utilizando filtros de paso de banda en las dos frecuencias seleccionadas. Luego, el detector busca un pulso en la frecuencia especificada más larga que un cierto umbral y lo cuenta como un pulso del sensor respectivo. Este debería ser un esquema muy robusto, que no depende de las amplitudes absolutas de la señal.

Idealmente, las frecuencias deben elegirse de modo que la frecuencia superior no sea un sobretono de la inferior, por lo que puede producir lecturas falsas. Un temporizador 555 creará por defecto salidas de pulso, pero las salidas pueden pasarse individualmente a nivel bajo para eliminar algunos de sus sobretonos si es necesario. DTMF , por ejemplo, utiliza frecuencias espaciadas por un factor de 1,1.

Además, la frecuencia y la duración deben elegirse para que sean quizás un orden de magnitud más altas y más cortas, respectivamente, que la salida más rápida del sensor, para evitar que un nuevo tren de pulsos comience antes o demasiado cerca de cuando finalizó el anterior. .

Alternativamente, podría usar un esquema de modulación de frecuencia, nuevamente similar a DTMF, donde el estado del sensor modula la frecuencia de un oscilador, que se puede detectar usando un filtro de paso de banda como se sugirió anteriormente. Esto tiene el beneficio adicional de brindar una onda portadora que siempre está activa, lo que le permite detectar si un sensor está conectado.

Si opta por un esquema activado por borde, podría salirse con la suya disparando solo un chirrido en pulsos positivos, lo que debería brindarle un circuito de activación un poco más simple y una mayor indulgencia en la elección de frecuencia, ya que los pulsos ahora están más lejos aparte.