Шум TDD-модуля рации: принципы, быстрые решения и системные решения

Введение

Наши инженеры NiceRF обнаружили, что при отладке им неоднократно приходилось слышать шум TDD типа «дудл-дудл-дудл» при разработке модулей цифровых раций DMR в режиме передачи. Я видел, как многие команды считали, что проблема в аудиочипе. Однако проблема не в чипе, а в импульсе тока, генерируемом при переходах в дуплексный режим с временным разделением (TDD) в режиме передачи-приёма, который как бы «внедряется» в звуковой тракт через контуры питания/заземления, развязку печатной платы и цепи смещения микрофона.

В этой статье я поделюсь практическими знаниями: почему появляется шум, как быстро его обнаружить, как пошагово от него избавиться — то есть от «вставки подходящего силового индуктора» до «четырехслойной платы и схемы защиты от помех» — при этом я расскажу о выборе компонентов, анализе формы сигнала и дереве решений.

Что такое шум TDD? (Явление и принцип)

Мы обнаружили, что многие инженеры, впервые работающие в отрасли, не понимают, что такое шум TDD.

1.1 Явление и его первопричина

• Явление: во время нажатия кнопки PTT (Push-to-Talk) или во время временного интервала передачи в динамике или гарнитуре слышен низкий «каракующий» звук с нечетными гармониками (10–100 Гц) в диапазоне 16–20 Гц, похожий на «рев мотора/пулемета».

• Причина (на простом языке): в режиме TDD усилитель мощности (УМ) периодически включается и выключается в зависимости от временного интервала. Эта «пульсация» поступает по цепям питания/заземления/связи в аудиотракт, где она «демодулируется» в виде низкочастотной огибающей этим аудиотрактом и, таким образом, становится слышимой.

1.2 Инженерное резюме: три пути распространения шума TDD

Наш опыт проектирования NiceRF доказал, что шум TDD можно абстрагировать до трех распространенных типов путей распространения в инженерии:

• Перекрестные помехи в электропитании (проблема PI): импульсы TDD вызывают пульсации/падение напряжения на питании/земле и «дрожание» опорного аудиосигнала.

• Связь по топологии (проблема электромагнитных помех): сильноточный контур RF/PA находится рядом с линиями MIC/Audio/Control, что приводит к емкостной/индуктивной/общему импедансу связи.

• Недостаточная фильтрация: разделение смещения микрофона и чистого питания (3,3 В) слишком слабое, или коэффициент подавления помех по питанию LDO (PSRR) слишком низкий.

Совет: Кадр TDD обычно длится 60 мс и имеет основную частоту f ₀ = 1/60 мс = 16,7 Гц; то, что вы видите как «маленькие зубки» в спектре, на самом деле является его гармоническими гребенчатыми линиями.

Три «быстрых» способа шумоподавления и подавления шума — мгновенные результаты!

Из них я предлагаю три способа для первоначального импорта или во время создания прототипа; они не требуют значительной переработки и позволяют очень быстро проверить результат:

2.1 Маршрут типа A | Вход питания: изоляция «L + C» (рекомендуется)

• Метод: Подключите к входу модуля последовательный дроссель мощностью 15 мкГн, ≥1,3 А и добавьте развязку на ближнем конце емкостью 100 мкФ (низкое ESR) + 10 мкФ + 100 нФ.

• Функция: обеспечивает фильтр нижних частот для улавливания огибающей низких частот TDD и импульсных помех на «грязной стороне».

2.2 Вариант B | «Чистые» 3,3 В для аудио/базового диапазона (высокий PSRR LDO)

• Метод: используйте малошумящий LDO-стабилизатор с высоким PSRR (коммерчески доступный XC6228D33 или аналогичный) в диапазоне от 10 Гц до 1 МГц (>70 дБ) для питания смещения основной полосы/аудио/микрофона.

• Назначение: минимизация входных пульсаций и обеспечение изоляции от «грязного» источника питания.

2.3 Маршрут C | Трехступенчатая фильтрация смещения микрофона + защита заземления

• Метод: Реализуйте фильтр 3-го порядка для Vbias MIC (47 мкФ + 10 мкФ + 2,2 мкФ тантал или стабильный диэлектрик) и окружите MIC_Voltage непрерывным сплошным заземлением из меди (защита заземления/через ограждение).

• Принцип действия: зажимает огибающую на конце смещения, гарантируя, что микрофон «слышит» только звук, а не 30 В!

[Свяжитесь с нами сейчас] Свяжитесь с нашими инженерами, чтобы узнать больше об оптимизации шума для различных конструкций печатных плат!

Инженерные решения (целостность питания/печатная плата/компоненты) на системном уровне

Методы NiceRF показывают, что шум TDD невозможно полностью устранить, и для этого требуется решение проблем PI и разводки печатной платы на системном уровне.

3.1 Необходимость проектирования целостности электропитания (PI)

Метод целевого импеданса: Z _target = ΔV/ΔI. Например, если шаг передачи ΔI = 0,5 А и допустимое ΔV = 50 мВ, то Z _target ≤ 0,1 Ом.

Разделение слоев:

• 100 нФ (высокая частота), расположен близко к штифту

• 10 мкФ (средняя частота) в ближней зоне

• 100 мкФ (низкая частота) на входе

Выбор индуктора: I _sat ≥ 1,5 × I _peak , DCR < 50 мОм, изоляция > 20 дБ.

Часто задаваемые вопросы о шуме TDD в 2025 году