¿Por qué mi conector de auriculares de conmutación de 5 pines produce un cortocircuito en mi circuito cuando conecto un cable fonográfico de 3,5 mm?

Tengo un conector de auriculares de conmutación estéreo STX-3790-5N de 3,5 mm en mi circuito. http://www.kycon.com/Pub_Eng_Draw/STX-3790-5N.pdf

La intención es que la señal de audio fluya desde el pin 9 del ATmega328 al amplificador operacional LM386 y hacia el altavoz mientras el interruptor está cerrado. Cuando se conecta un cable de auriculares en el conector, el interruptor debe abrirse, cortando la señal de audio del LM386, mientras que la señal de audio continúa hacia los auriculares.

Esto funciona bien en la posición abierta. El audio se reproduce a través del altavoz sin problemas. Ahora... cuando conecto unos auriculares al conector de audio STX3790, el chip parece reiniciarse o apagarse o hacer un cortocircuito, el audio deja de reproducirse a través del altavoz y en los auriculares escucho un zumbido fuerte, nada, o un tono muy agudo. Cuando quito el cable del conector, el circuito permanece en este estado bloqueado hasta que enciendo y enciendo. Si apago la alimentación, inserto el cable de los auriculares y luego la enciendo, el resultado es el mismo.

Muy extrañamente, si conecto un cable macho-macho estéreo simple de 3,5 mm que no está conectado a los auriculares o cualquier otra cosa, el problema descrito anteriormente no ocurre. El audio todavía es audible desde el altavoz, aunque apenas, muy débil y silencioso.

He adjuntado un fragmento de mi esquema aquí. La señal de "salida de audio" aquí proviene directamente del pin digital 9 en el ATmega328. Además, la fuente de audio es mono, solo estoy usando un conector estéreo porque este estilo de parte parece más común y más fácil de obtener.

¡¡Gracias de antemano!!

ACTUALIZAR

Puedo confirmar que sin el cable enchufado, los pines 1-4 tienen continuidad entre sí, que es lo que quiero (dado que esto es audio mono), y todos leen un voltaje apropiado. Ninguno tiene continuidad con el pin 5, que es tierra/manga. Cuando conecto un cable fonográfico, los pines 1 y 4 aún tienen continuidad, lo cual es bueno. Los pines 2 y 3 no tienen continuidad con ningún otro pin, lo que también es bueno. Esto debería cortar la señal al amplificador operacional y al altavoz. SIN EMBARGO, en este estado, los pines 1 y 4 ahora tienen continuidad con el pin 5 (gnd), lo cual no se esperaba.

Hay tres conectores de auriculares del mismo modelo en esta placa, los otros dos se conectan directamente a 328 pines 2 y 10 respectivamente. Puedo confirmar que uno de ellos tiene el mismo problema de cortocircuito y el otro no. En el que no tiene este problema, el pinmode del software está configurado en SALIDA, mientras que los otros dos están configurados en ENTRADA.

ACTUALIZAR 2

También puedo confirmar que si cambio el pinmode del pin atmega328 conectado al otro conector de auriculares problemático a INPUT en lugar de OUTPUT, ya no cortocircuita la placa. Pero esto rompe mi funcionalidad, por lo que no es una solución, solo una pista.

TAMBIÉN, si dejo el pinmode configurado en SALIDA en ese mismo pin MIENTRAS la placa está conectada a mi programador AVR (que está conectado a mi PC de escritorio a través de USB), ese problema secundario en el conector para auriculares NO causa que la placa se acorte cuando un cable de auriculares está enchufado en él. Otra pista. Esto me tiene pensando en problemas de conexión a tierra, pero no estoy seguro. Normalmente, la placa funciona con 4 pilas AA, por lo que no está conectada a tierra.

esquema del circuito de audio

confirmar físicamente el pinout real de la toma de auriculares
@jsotola, ¿te refieres a probar con un multímetro para verificar?
Sí ...........
Los auriculares también necesitan amplificadores... Deberías tener tu jack después del amplificador, no antes.
Suena como un error esquemático o falta de coincidencia de PCB <-> esquemático.
@Majenko gracias, de hecho, saqué el amplificador del circuito de los auriculares de una iteración anterior porque sonaba demasiado alto en los auriculares. El nivel de salida del atmega es bastante alto por sí solo.
Entonces necesitas una perilla de volumen...
@jsotola por favor vea mi actualización arriba. ¡gracias!
El volumen de @Majenko se controla mediante software y un potenciómetro. Es bastante ruidoso sin el amplificador. Esto parece un desvío, no relevante para el problema principal que estoy experimentando.
¿Está utilizando auriculares o auriculares de teléfono móvil...?
Auriculares @Majenko, conector phono TRS estéreo básico. Punta, anillo y manguito.
Debe mostrar los esquemas entre el conector de teléfonos de 3,5 mm y Mega328P. Si no tiene nada entre el pin IO y los teléfonos, presentarán una gran carga en el pin IO que no puede manejar. Si los auriculares típicos son de 32 ohmios, acaba de conectar una carga de 16 ohmios a un pin IO. ¿Es esa una razón suficiente por la que se acorta o se oscurece? A modo de comparación, el amplificador de audio LM386 (no un amplificador operacional) tiene una carga de 50 kohm. Y también se dañará cuando se conecte directamente al pin de salida de 5V, está excediendo las clasificaciones. Además, el conector estéreo necesita un conector estéreo, un conector mono solo lo acortará.
@Justme ah, gracias por esto. Puedo confirmar que si paso por alto toda la sección de audio del circuito y simplemente conecto el pin 9 del mega328 (el pin de salida de audio) a un parlante o auriculares, se produce un cortocircuito/marrones en la placa. Esto no fue un problema con iteraciones anteriores, así que no lo consideré, pero la iteración actual claramente tiene un problema. Empiezo a sospechar que necesito algunas tapas o resistencias aquí. ¿Algún consejo? ¿Alguna idea sobre cómo evitar que un cable mono insertado accidentalmente dañe la placa? Además, la placa funciona con 3.3v, EXCEPTO el lm386, que tiene 6v de alimentación.
@Justme confirmó que el voltaje de audio que sale del pin 9 es de aproximadamente 1,25 V, lo que, al parecer, supera el límite de LM386 de 0,4 V (aunque creo que es de pico a pico, por lo que alcanza los 0,8 V).
@Justme Lancé una resistencia de 1k ohm en el circuito antes de los auriculares y esto evitó con éxito un apagón con un volumen decente de los auriculares. Excelente. Parece que la forma correcta de hacer esto sería aumentar la resistencia en la señal proveniente del pin 9 y luego amplificar la señal usando lm386 separados para los auriculares y el altavoz, para no extraer demasiada corriente del mega328.

Respuestas (1)

Para responder a la pregunta, los auriculares estéreo, cuando se conectan tanto el izquierdo como el derecho en paralelo como una carga para el pin de salida GPIO, tienen demasiada carga y esto hace que la MCU consuma demasiada corriente y el voltaje de suministro puede caer demasiado, por lo que la MCU se reinicia o se oscurece.

Los pines IO están clasificados para aproximadamente 10 mA cuando se usan a 3.3V. Se trata de una carga de 330 ohmios o más. Un solo elemento de auriculares puede tener entre 16 y 32 ohmios. Esto superará fácilmente las clasificaciones máximas absolutas y puede causar daños permanentes a la MCU.

Y los altavoces o auriculares tampoco tolerarán voltajes de CC. Los auriculares tampoco están clasificados para recibir señales de 3,3 V.

La solución obvia es tener el conector de auriculares después del amplificador, cambiando entre auriculares y altavoz. O al menos, la salida de la MCU debe estar acoplada a CA y limitada con resistencias superiores a 330 ohmios. El nivel debe reducirse a aproximadamente el nivel máximo de 0,4 V para la entrada del amplificador de todos modos, para evitar daños al amplificador. Realmente debería estar muy por debajo de 0.3Vpp para evitar el recorte con un voltaje de suministro de 6V y una ganancia de 20.

La protección contra la conexión de un enchufe mono a un conector estéreo se puede hacer con, por ejemplo, resistencias de 10 ohmios.

¡Gracias por tu tiempo en esto, @Justme!