Wie implementiert man einen Masseschleifenisolator in einem Audioschaltkreis, der an USB und Line-Out eines Laptops angeschlossen ist?

Ich arbeite an einem Audio-Interface, das einen Mikrocontroller und einen CS42448-Audio-Codec verwendet. Beim Empfang von USB-Strom und Audio von einem Laptop gibt es eine Masseschleife. Ansonsten funktioniert es gut (wie bei der Übertragung von Audio von einem Telefon und der Stromversorgung über eine Powerbank).

Die folgenden Schaltpläne zeigen, wie ich die Schaltung mit Strom versorge. Die Ferritperlen, die ich verwende, um digitale Geräte von analogen zu trennen (eine Seite der Platine ist ganz analog, die andere digital, die Ferrite gehen dazwischen).

Meine Frage ist, wie kann ich einen Masseschleifenisolator für diese Anwendung implementieren? Ich verstehe, dass ein Schalter zum Anheben des Bodens auf einer Seite ausreichen könnte, aber ich möchte eine Lösung finden, die keinen manuellen Schalter benötigt. Ich habe bereits Optokoppler und DC-DC-Isolatoren verwendet, bin mir aber nicht sicher, wie ich sie in diesem Zusammenhang anschließen soll. Wie wird das normalerweise gemacht? Ich suche eine einfache Lösung, ohne das Board mit zu vielen neuen Komponenten zu überfüllen.

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Gibt es überhaupt hörbare Störungen durch diese winzige Masseschleife? Wenn nicht, gibt es keinen Grund, die Masseschleife aufzubrechen (zumal der Laptop nur eine einzige Masseverbindung hat).
ja, es gibt hörbare Geräusche. Ich habe in 2 verschiedenen Laptops getestet (und angeschlossen/Batterie).
Das Problem kann mit einem größeren Audiosystem mit Wechselstromversorgung und Schutzerdungsleitungen größer werden. Oder wenn Sie auch die Datenübertragung zwischen dem Laptop und Ihrer Audioverarbeitungs-MCU starten. Jetzt ist es am einfachsten, die DC-Versorgung Ihres Interfaces über die Audio-Masseleitung zu unterbrechen - wie Sie es bereits bei einer Batterie gesehen haben. Holen Sie sich einen isolierten 5-VDC-zu-5-VDC-Konverter. Audiotransformatoren oder Audiosignalisolatoren sind eine andere Möglichkeit, aber qualitativ hochwertige kosten echtes Geld. Theoretisch können Sie einen kostengünstigen Audio-Isolationsverstärker bauen.
Ich bin mir nicht sicher, ob dies tatsächlich eine Masseschleife ist. Das Gleichtaktrauschen an Laptop-Audioausgängen kann alles sein. Kopfhörer sind dagegen offensichtlich immun. Ich denke, ich würde versuchen, das Audio vom Laptop als Differenzsignal zu behandeln.
Welchen Unterschied macht das Abziehen des Laptop-Netzteils?
@Rodney überhaupt kein Unterschied, das gleiche Geräusch ist zu hören.

Antworten (4)

Da Ihre Schaltung nicht über USB mit dem Laptop kommuniziert, ist kein digitaler Isolator erforderlich: Platzieren Sie einfach einen isolierten 5-V-DC/DC-Wandler im 5-V-Strompfad direkt nach dem USB-Anschluss. Ihr gesamter Stromkreis wird dann von einer isolierten Quelle gespeist und es können keine Erdschleifen mehr vorhanden sein. Je nach Leistungsbedarf kann das allerdings etwas teuer werden.

Wenn ein DC/DC-Wandler, der die gesamte Leistung Ihres Verstärkers bewältigen kann, zu teuer ist, können Sie alternativ einen Widerstand (etwa 1 kΩ plus möglicherweise eine Induktivität / Perle) in die Masseleitung der Audioverbindung einbauen und einen Instrumentenverstärker zur Wiederherstellung verwenden das Differenzsignal zwischen der Audio-Masseverbindung (auf der anderen Seite des Widerstands) und den Audiosignalleitungen. Ich habe dies in der Vergangenheit mit einem Verstärker gemacht, den ich über die 12-V-Versorgung meines Computers mit Strom versorgt habe. Es ist jedoch nicht so effektiv wie das Isolieren der Versorgungsspannung, und Sie benötigen einen In-Amp mit gutem CMRR.

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Wenn Sie USB für Daten verwenden, ist es meiner Meinung nach am billigsten, einen USB-Isolator direkt hinter Ihrem USB-Anschluss zu platzieren. Hier ist, was Mouser hat , und ich bin sicher, dass alle anderen sie auch haben. Sie sind als fertiges Modul mit allen relevanten Anschlüssen und einem Gehäuse unverschämt teuer zu kaufen, aber der Chip selbst ist vernünftig und erfordert nur eine Handvoll Passive. (und natürlich eine separate Versorgung für jede Seite)

Wenn Sie den USB nur für die Stromversorgung verwenden, hilft Ihnen das nicht wirklich, da für die Schaltungsseite ohnehin eine separate Versorgung erforderlich ist. Nehmen Sie diesen Strom einfach von einer dedizierten Wandsteckdose und verwenden Sie die sicherheitsrelevante Netztrennung, um auch Ihre Erdungsisolierung bereitzustellen. Beachten Sie jedoch, dass dies ein SEHR fruchtbarer Boden für Fälscher und andere zwielichtige Operationen ist , also halten Sie sich diesbezüglich an die seriöseren Anbieter!


Alternativ könnten Sie das Audiosignal mit einigen Line-Pegel-Übertragern unterbrechen . Seien Sie jedoch gewarnt, dass gute davon teuer sind, wie die, die ich hier erwähnt habe. Sie können sie billiger bekommen, aber die billigen fügen Verzerrungsartefakte hinzu, insbesondere bei niedrigeren Frequenzen, da der Kern leicht gesättigt wird. Die, die ich verlinkt habe, sind am teuren Ende und klingen erfahrungsgemäß genauso wie die einfachen Drähte, die sie über den gesamten Audiobereich ersetzen, natürlich mit Ausnahme des Erdschleifenrauschens.

Das ist auch die Idee hinter einem steckbaren Ground Loop Isolator. Es ist nur ein Line-Pegel-Transformator für jeden Kanal, verpackt in etwas, das angenehm zu bedienen ist. Da sie Transformatoren verwenden, gelten weiterhin die üblichen Vorbehalte gegenüber Transformatoren.

Ich denke, Audio-Transformatoren sind tatsächlich billiger.
@Jasen Wenn Sie handelsübliche Verbraucherversionen von beiden vergleichen, jede mit ihrem eigenen Gehäuse und ihren eigenen Anschlüssen und entweder kostensenkend oder preisintensiv, wie es der Markt für jeden vorschreibt, dann hätten Sie Recht . Aber die Komponenten- / Engineering-Seite ist ganz anders, speziell für diesen Vergleich.
@Jasen Das ist für ein Telefonmodem konzipiert. Definitiv NICHT der volle Audiobereich! Es ist also nur zwischen 200Hz und 4kHz spezifiziert. Verglichen mit einem Datenblatt von Jensen, das ein Antwortdiagramm von Gleichstrom zu Tageslicht zeigt, das von 20 Hz bis 20 kHz unmerklich flach ist. Und es ist immer noch sauber (nicht gesättigt), wenn es bei 20 Hz auf 15 Vpk (Pro-Analog-Standard) angesteuert wird, was eines der schwierigeren Dinge für einen Transformator ist. (hohe Amplitude, niedrige Frequenz)

Der hirnloseste Weg, dies zu tun, ist wahrscheinlich die Verwendung eines 3,5-mm-Masseschleifenisolators. Sie sind im Grunde ein passives DI, das für Laptop-Ausgänge geeignet verdrahtet ist.

tks, ja, ich habe einige davon, aber ich muss dies in der Schaltung implementieren und keine externen Geräte verwenden.
Platzieren Sie es in der Schaltung. oder holen Sie sich die Teile, die es verwendet, und fügen Sie sie Ihrer Schaltung hinzu.

Sie könnten versuchen, anstelle separater Ferritperlen eine Gleichtaktdrossel sowohl für analoges GND als auch für VA zu verwenden.