Quelle von Audiorauschen bei geringer Lautstärke – BlueTooth Mini Amp Board

Ich lerne immer noch etwas von diesem Zeug. Dies ist das erste Mal seit einigen Jahrzehnten, dass ich wirklich ein Oszilloskop verwende. Ich nahm eine kleine Audioverstärkerplatine nur für Bluetooth. Liefert eine ganze Menge Leistung, 40 Watt/Kanal an 4-Ohm-Lautsprecher. Verwendet einen TPA3116 Audio Amp Chip. Das Board benötigt 18 bis 24 VDC Eingang.

BlueTooth-Audioverstärker

Leider höre ich viele unerwünschte Geräusche bei niedriger Lautstärke oder wenn ein Lied unterbrochen wird. Es ist ziemlich irritierend. Es ist mehr als einfaches weißes Rauschen.

Also versuche ich herauszufinden, ob mein Netzteil das Problem verursacht. Ich verwende ein altes Compaq-Laptop-Schaltnetzteil, ca. 2000. Das Netzteil liefert 19 V, 3 Ampere. Hier ist eine Spur der Stromversorgung von dieser Versorgung, unter Last mit angezeigter Audioplatine.

Oszilloskop-Spur der Eingangsleistung

Auf dieser Spur ist die Zeitteilung auf 1 Mikrosekunde eingestellt. Die vertikale Teilung ist auf 0,5 V / Div eingestellt.

Ich bin mir nicht sicher, wie ich das am besten testen kann. Bauen Sie einen Filter und sehen Sie, was passiert?

Wenn ich diese Welligkeit herausfiltern wollte, welche Art von Filterdesign würde ich verwenden? Irgendwelche Hinweise zur Dimensionierung der Komponenten, um den entsprechenden Strom / die entsprechende Leistung zu handhaben? Vielen Dank.

Update: Also habe ich mir ein Tischnetzteil von Freunden ausgeliehen. Es war von ziemlich guter Qualität und enthielt eine Stromanzeige (sowie einen Strombegrenzer). Ich habe es zunächst auf 20 Volt DC eingestellt und es dann an den Bluetooth-Verstärker angeschlossen. Uh-oh ... Ich habe fast eine identische Anzeige wie zuvor. Die Spitze zu Spitze war nicht ganz so hoch (nur 0,5 V), aber die Form der Kurve und die Zeitteilung waren identisch. Oh, und ich habe bemerkt, dass das Amperemeter während des normalen Audio-Dauerzustands 0,1 Ampere registrierte. Am unerwünschten Rauschen bei niedrigen Lautstärken hat sich nichts geändert.

Als ich ein wenig mit der Lautstärke spielte, war ich überrascht zu sehen, dass sich die Spur bei schweren Beats oder lauten Musikstücken in der Höhe ausdehnt. Das brachte mich zum Nachdenken.. mit dem Oszilloskop nehme ich nur die Messung eines Systems vor. Wer sagt, dass die Spur, die ich sehe, nicht die Quelle abzüglich der Last des Audioverstärkers darstellt? (Ich weiß, das sind nicht genau die richtigen Worte, aber ich denke, du verstehst, was ich meine...)

Also ging ich zurück zu meinem Original-Netzteil. Ich habe einen 1/4-Watt-3,28-kOhm-Widerstand über den Ausgang (6 mA) hinzugefügt. Die Ausgangsspur davon sieht fast wie eine Sinuswelle aus, mit einer Spitze-zu-Spitze-Spannungshöhe von 0,040 Volt und einem Zyklus bei 285 KHz. Das erscheint viel vernünftiger als der DC-Ausgang für ein Schaltnetzteil von ca. 2000CY.

Stromversorgung / Lastwiderstand

Mein Fazit lautet also jetzt: Ich glaube nicht, dass das Netzteil das unerwünschte Audiorauschen überhaupt verursacht. Ich glaube, das kommt von der Bluetooth-Signalverarbeitung im Gerät. Ich vermute mittelmäßiges Boarddesign. Ich sehe fast identische Boards zum Verkauf, mit zusätzlichen Kondensatoren darauf (Designverbesserung, Phase 2?) ...Seufz.

Update, 15. Januar 2016 @ruminant1 du bist mein Held. Sehr verbessert. Nicht perfekt, aber stark verbessert. Vielen Dank.@ Wiederkäuer1 Filterkorrektur

Ich empfehle Ihnen, sich die eevblog-Videos anzusehen, um das Netzteilrauschen zu messen
Da es sich um einen Class-D-Verstärker handelt , könnte es durchaus der Verstärker selbst sein, der das Geräusch macht. Weitere Informationen zu Wikipedia finden Sie unter irf.com/technical-info/appnotes/an-1071.pdf .
Sie könnten versuchen, die Versorgung zu filtern, aber das Oszilloskopbild sieht nicht wie SMPS-Rauschen aus. Wenn Sie filtern möchten, bauen Sie einen LC-Filter mit einer großen Kappe und einer kleinen Induktivität, um eine niedrige Ausgangsimpedanz zu erzielen, und machen Sie die Grenzfrequenz niedrig, z. B. 1 kHz.
@MadHatter kannst du begründen, was du darüber sagst, dass Klasse-D-Verstärker auf den Stromschienen nicht rauschempfindlich sind?
@Andy alias nein, ich kann nicht, ich dachte, ein PWM-Rechteckwellenausgang wäre größtenteils rauschintolerant ... Aber Ihre Antwort macht Sinn, also gehe ich davon aus, dass Sie richtig sind.
Ich habe gerade das 40-minütige Video auf youtu.be/Edel3eduRj4 beendet . Interessant, und ich mache es offensichtlich nicht ganz perfekt. Ich bin mir nicht sicher, ob das in dieser Situation einen großen Unterschied machen wird. Ich werde sagen, mein Verdacht ist, dass das Rauschen hier von der Bluetooth-Schaltung, dem Vorverstärker, kommt. Der Grund, warum ich das sage, ist, dass ich das gleiche Board gesehen habe wie ich, mit zusätzlichen Kondensatoren, die sich zwischen dem Bluetooth-Modul und dem Eingang des Klasse-D-Verstärkers befinden. (Ich vermute Designphase 2?)
Ein schneller Test wäre, es über eine Batterie mit Strom zu versorgen, um Stromversorgungsgeräusche zu bestätigen oder auszuschließen.

Antworten (3)

Ich hatte das gleiche Problem. Ich habe ein paar Erdungsstrategien ohne Erfolg ausprobiert. Ich habe mir dann die Anwendungshinweise für den Verstärker TPA3116 von Texas Instruments angesehen und festgestellt, dass dort empfohlen wird, Kondensatoren mit mindestens 100 uF in der Nähe der Stromversorgungsanschlüsse an beiden Enden des Chips zu entkoppeln . Diese Kappen fehlen auf diesem Board.

Als ich mich bei eBay umsah, bemerkte ich einen , der auch nicht die großen Kappen auf dem TPA3116 hat, aber er hat eine 10uF-Kappe am Power-Pin des Operationsverstärkers . Ich hatte einen herumliegen, also habe ich ihn zwischen den Widerstand, neben dem er sitzt, und die Masseebene gelötet, und jetzt halte ich den Verstärker für brauchbar.

Ich habe eine 10uF 16V-Kappe verwendet, weil ich das hatte. Das Board auf ebay verwendet eine 50V-Kappe. Da der Operationsverstärker mit 5 V läuft, scheint das übertrieben zu sein.

Ich werde wahrscheinlich die empfohlenen Kappen auf dem TPA3116 hinzufügen, um zu sehen, ob ich das wenige verbleibende Rauschen reduzieren und vielleicht dem unteren Ende ein wenig helfen kann.

Zur Verdeutlichung, hier ist ein Bild der Kappe, die ich hinzugefügt habe:Bild der hinzugefügten Kappe

Die Drähte sind mein fehlgeschlagener Versuch, das Problem zu lösen, indem ich den Operationsverstärker und die Masse des Bluetooth-Moduls direkt mit der Masse des TPA3116 verbinde.

Andere haben das gleiche Problem festgestellt, selbst wenn es mit Batterien betrieben wird .

Übrigens gibt es ein YouTube-Video von einem Typen, der dasselbe Geräuschproblem mit Batterien demonstriert ( youtube.com/watch?v=VcBvq4gztns ), sodass das Problem nicht von der Stromversorgung herrührt. Ich betreibe meine mit einem alten Laptop-Netzteil.
Die Formatierung aufgeräumt und die Links für Sie hinzugefügt. Sobald Sie mehr Wiederholungen haben, haben Sie das Problem nicht mehr. Schöner Fund an den fehlenden Kappen.
Basierend auf den beiden Boards ist das mit der Kappe eindeutig eine neue Revision, um ein Problem wie dieses zu beheben. Beachten Sie die zusätzlichen Erdungsdurchkontaktierungen für ein besseres Wärmemanagement, den kräftigeren DPAK-Regler auf der rechten Seite anstelle eines winzigen Sot-89. Es ist randvoll mit "Wir haben das erste Mal unterschätzt".
Danke für die Bereinigung. Ich bemerkte die zusätzlichen Erdungsdurchkontaktierungen (aber nicht den kräftigeren Regler). Als ich das andere Brett fand, bemerkte ich, dass ich es eigentlich hätte kaufen sollen, weil es nur ein paar Dollar mehr war als das, das ich hatte. Ich bereue es jedoch nicht, weil ich auf der Reise einiges gelernt habe.
Ich war mir der verschiedenen beworbenen Boards voll bewusst und nahm an, dass die Filter Stufe zwei waren. Leider verwenden die Verkäufer Fotos von Phase zwei und versenden Teile von Phase eins. Der eindeutig versendete Artikel entspricht nicht der Werbung, daher erhalten sie von mir eine schwarze Markierung. Ich habe das Problem mit ein paar Verkäufern angesprochen, und KEINER von ihnen hat geantwortet, dass sie um jeden Preis Phase-2-Boards verfügbar haben. Sie antworten entweder nicht oder sagen Ihnen, dass es nur Phase-1-Teile sind.
@ruminant1 Ich würde gerne das Upgrade durchführen, aber es ist nicht ganz klar, wo ich den Kondensator platziere. Wollen Sie damit sagen, dass ich das 'Süd'-Pad dieses 4. Widerstands von rechts und das Gnd-Pad in der Nähe des 10K-Pad-Aufdrucks als meine Lötpunkte verwenden sollte? Kondensatorpolarität wie?
Die südlichen Enden der Widerstände vier und fünf (von rechts) sind miteinander verbunden, sodass Sie beide verwenden können. Das negative Ende der Kappe geht irgendwo auf das massive Kupferstück, auf dem die Widerstandsetiketten aufgedruckt sind. Der einzige Grund, warum meins so weit links ist, ist, dass ich im Rahmen der Operation auch einen Draht durch das Via gesteckt und ihn vorne und hinten an das Metall gelötet habe. Ich war damals immer noch paranoid in Bezug auf Gründe, aber im Nachhinein bezweifle ich, dass es hilfreich ist.
Da das nördliche Ende von Widerstand vier geerdet ist, könnten Sie die Kappe einfach mit dem negativen Ende nach Norden auf den Widerstand setzen.
@wiederkäuer1 Das hat sehr gut funktioniert. Danke für die Debugging-Bemühungen. Ich werde sagen, dass ich beim Löten an oberflächenmontierten Geräten scheiße bin. und ich bin nicht viel besser mit einer Heißklebepistole. (Siehe Bild unten im ursprünglichen Beitrag ...) Ich habe schließlich eine 10uF 50V-Kappe verwendet, weil sie verfügbar war.
Ich bin Ingenieur; Für mich ist jede funktionierende Lösung schön. (Dies war jedoch eine große Reichweite für mich, weil ich Luft- und Raumfahrtingenieur bin, kein EE.) Ich bin wirklich froh, dass ich helfen konnte.
@wiederkäuer1 Du bist berühmt. Es ist offiziell. Ich sehe jetzt Ihre Lösung für neue eBay-Anzeigen für dieses Produkt. Das Mindeste, was sie tun könnten, ist, Ihnen Anerkennung zu zollen. Hinweis: Die Hervorhebung des roten Kreises stammt von mir ...

Klasse-D-Verstärker sind berüchtigt dafür, dass sie eine wirklich schlechte Stromversorgungsunterdrückung haben. Grundsätzlich "knallen" die FETs in der Ausgangsstufe gegen die Stromschienen und alles auf diesen Stromschienen wird dem Rechteckwellenausgang überlagert UND, um die Sache noch schlimmer zu machen, moduliert die PWM-Schaltwellenform das Netzteilrauschen tatsächlich auf das Basisband und hey Presto, Rauschen bei 100 kHz bis 10 MHz (oder wo auch immer) erscheint plötzlich durch Ihre Lautsprecher. Es heißt Synchrongleichrichtung, ist aber im Grunde ein Schaltmischer wie ein Ringmodulator. Hier ist ein Bild, das Ihnen helfen kann, zu verstehen: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Stellen Sie sich vor, die grüne Spur ist Netzteilrauschen und die rote Spur ist die PWM. Die blaue Kurve (deutlich vergrößert) ist das Ergebnis des Schaltmischens, und Sie sollten sehen können, dass sie eine deutlich niedrigere Frequenz als das PWM- oder Netzteilrauschen hat. Wenn die "Ripple" -Frequenz der Stromversorgung und die PWM-Frequenz zusammenfallen, erhalten Sie schließlich eine Audio-Taktfrequenz. Aber da es eine Menge Bandbreite gibt, die auf Audio heruntergemischt werden kann, pfeift bei Audiofrequenzen immer etwas durch.

Eine Reiheninduktivität mit geeignetem Nennstrom parallel zu einem 47-Ohm-Widerstand und einem Kondensator auf Masse stoppt normalerweise viel davon. Aber um die Arbeit richtig zu machen, benötigen Sie mehr Informationen über Ihre Stromversorgung und eine bessere Vorstellung vom Rauschen bei Ihren Zielfernrohraufnahmen.

OK, wer ist der Weise, der mich niedergestimmt hat?
Ist es @user65652?
offensichtlich ein Klasse-D-Amp-Fanboi
Hihi @PlasmaHH

Der beste Weg, ein 15 Jahre altes SMPS zu filtern, ist, ein neues zu kaufen. Und wenn Sie tatsächlich vorhaben, es für Audio zu verwenden, achten Sie auf das Datenblatt. Wie Wellenrauschen und so weiter. Siehe Kann eine Audioschaltung von einem Schaltnetzteil mit Strom versorgt werden?

Und ja, Sie möchten zuerst herausfinden, welche Komponente der Hauptschuldige für dieses zwitschernde Geräusch ist. Ich weiß nicht, ob Sie nur dafür Autobatterien benötigen ... wenn das Geräusch bei niedriger Leistung hörbar ist, müssen Sie den Verstärker nicht ganz aufdrehen. Wenn Sie über eine lineare Versorgung verfügen (LM317 usw.), reicht dies möglicherweise aus, um dies herauszufinden.

Und in Bezug auf die Welligkeit sind 0,7 V viel! Ich wette, dass SMPS im Neuzustand nicht so war. Laptop-Netzteile werden ziemlich heiß, sodass die Kappen stark austrocknen. 15 Jahre sind fast genug für 85C-bewertete Kappen, um auch ohne Verwendung, dh bei Raumtemperatur, außerhalb der Spezifikation zu trocknen. Sie können versuchen, es zu reparieren, indem Sie die Kappen ersetzen. Es wird zu einem eigenen Projekt.

Ist das nicht der gleiche Vorschlag wie zwei Autobatterien in Reihe zu schalten, um den Test durchzuführen?
Sehen Sie sich die vertikale Skala oben an. Diese Welligkeit hat eine Höhe von 0,7 Volt. Wahrscheinlich okay für einen batteriebetriebenen Laptop aus dem Jahr 2000, nicht ideal für eine Audioschaltung. Dieser LM317-Chip sieht ziemlich toll aus, ich habe nur keine hier. Ehrlich gesagt sieht die Sache mit zwei Batterien wie ein einfacher Test aus.
@zipzit: Für jemanden, der ein Mikroskop zur Hand hat, ist es ziemlich seltsam, kein Labormaterial (oder zumindest eine provisorische Variante) zur Hand zu haben. Aber wenn Sie die Batterien haben (selbst USV-Batterien hätten viele Ampere), ist dies auf jeden Fall eine Möglichkeit, eine Variable / Unbekannte zu eliminieren.
Ich habe gerade auf dem Foto oben bemerkt, dass sich auf der Verstärkerplatine ein LM317k befindet. Bedeutet das nicht, dass die Verwendung eines LM317 zwischen Netzteil und Verstärkerplatine nicht fruchtbar ist und das fragliche Rauschen von woanders kommt?
@zipzit: Ich glaube nicht, dass sie den Verstärker damit versorgen. Es würde nicht genug Strom bekommen. Auch ist Ihr Foto zu unscharf, damit ich irgendwelche Chips lesen kann. Oh ja, ich sehe, es ist auf dem Siebdruck markiert. Das ist wahrscheinlich gut für vielleicht einen halben Ampere. Versuchen Sie, die Schaltung zu verfolgen und sehen Sie, ob der LM317 den TPA oder nur das BLE-Modul mit Strom versorgt.
Ich bin auch überrascht. Das Datenblatt von National Semiconductor zeigt, dass der LM317K im TO-3-Gehäuse eine Nennlast von 1,5 Ampere hat.
@zipzit: Beachten Sie, dass sie auch einen CMOS- und chinesischen Klon von LM358, den SGM358, verwenden . Dieser Chip läuft nur mit höchstens 5,5 V, daher verwenden sie den LM317, um zumindest eine Spannungsschiene dafür abzubauen / abzuleiten. Der TPA31xx benötigt etwa 7,5 A Spitze, also zieht er auf keinen Fall seine gesamte Leistung durch.
Quelle von Audiorauschen bei geringer Lautstärke – BlueTooth Mini Amp Board
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