Rumore armonico introdotto quando si utilizza un cavo di prolunga per dock per iPhone collegato a una periferica microfonica

Sto usando un microfono stereo Tascam iM2 collegato al dock di un iPhone 4S. Quando il dispositivo periferico è collegato direttamente, non ci sono problemi. Tuttavia, quando uso un cavo di prolunga dock, viene introdotto uno strano rumore armonico. Ho provato i cavi di prolunga di diversi produttori e persino il cavo di prolunga dockXtender molto apprezzato realizzato da CableJive introduce il rumore.

Questo è alquanto strano in quanto il convertitore analogico-digitale (bear with my British English) è integrato nel dispositivo periferico. Questo non è un rumore analogico rilevato nel cavo poiché il segnale è digitale puro sulla rotta per l'iPhone. Il rumore sembra essere introdotto nel dominio digitale. Ho registrato un campione di audio nel mio ufficio e l'ho analizzato usando Matlab. Il rumore fluttua in ampiezza, ma è chiaramente un complesso armonico con una frequenza fondamentale di 1 kHz molto precisa. Secondo quanto riferito, l'ADC campiona a 44,1 kHz, quindi è particolarmente strano che il rumore armonico arrivi con una periodicità che non è nemmeno un multiplo intiger del periodo di campionamento. Come nota a margine, in passato ho sentito un rumore armonico simile emesso da alcune schede audio per laptop (in particolare i modelli Vaio C1s).

Dato che il rumore non fluttua mai in frequenza, i test hanno dimostrato che posso risolvere il problema pre-elaborando con un filtro di ritardo frazionario basato sulle informazioni qui. . . http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=951433 . . . ma questo è un filtro computazionalmente costoso da implementare.

Prevenire è meglio che curare. La mia domanda è: qual è l'origine di questo strano rumore armonico e, se possibile, come posso rimediare in modo da non dover sprecare potenza di elaborazione implementando un filtro aggiuntivo?

Quello che stai raccogliendo è EMI dalla sincronizzazione del frame USB (molto probabilmente attraverso il filo di terra):

Ogni millisecondo (12000 volte a larghezza di banda completa), l'host USB trasmette uno speciale token SOF (inizio del frame), contenente un numero di frame incrementale di 11 bit al posto dell'indirizzo di un dispositivo. Viene utilizzato per sincronizzare i flussi di dati isocroni. I dispositivi USB 2.0 a larghezza di banda elevata ricevono 7 token SOF duplicati aggiuntivi per frame, ciascuno introducendo un "microframe" da 125 µs (60000 bit di larghezza di banda elevata ogni volta).

USB 2.0 ha aggiunto un token PING, che chiede a un dispositivo se è pronto a ricevere una coppia di pacchetti OUT / DATA. Il dispositivo risponde con ACK, NAK o STALL, a seconda dei casi. Questo evita la necessità di inviare il pacchetto DATA se il dispositivo sa che risponderà semplicemente con NAK.

Ciò potrebbe essere evitato con un cavo di prolunga adeguatamente schermato. Nota che anche dockXtender protegge solo alcuni dei fili :

Un rivoluzionario sistema di schermatura a 2 livelli inserisce tutti i segnali video e audio all'interno di una schermatura separata per ridurre le interferenze degli altri segnali che viaggiano attraverso il filo.

Se sei il tipo di persona fai-da-te, dovrebbe essere abbastanza facile realizzare il tuo cavo di prolunga usando cavi schermati di alta qualità. Probabilmente dovrai collegare solo alcuni dei 30 pin : USB (alimentazione, gnd, dati +/-), tutti i GND e forse accessorio / seriale (abilita, rx / tx). Assicurati di proteggere anche la saldatura sul connettore.

Poiché la conversione AD sta avvenendo all'estremità periferica, anche il rumore deve esistere lì.

Senza l'accesso al dispositivo per lo smontaggio, posso solo indovinare il problema, ma è probabile che sia dovuto a uno o più dei seguenti:

• La periferica è probabilmente completamente schermata internamente dai microfoni attraverso il connettore per iPod. Quando si collega un cavo extender non schermato, il rumore ambientale esterno viene accoppiato al dispositivo attraverso il cavo. Potresti essere in grado di confermare o ignorare ciò se esegui test in aree elettricamente silenziose, ad esempio in mezzo a un campo lontano dalle linee elettriche.

• La periferica ha un filtro "abbastanza buono", ma una volta aggiunta la lunghezza extra dei riflessi del filo - che non influiscono sul segnale USB - iniziano a causare rimbalzo di massa o altra EMI. Non esiste un modo semplice per testarlo senza un oscilloscopio e / o un analizzatore di segnali.

• La periferica ha un convertitore di potenza di commutazione da 1 kHz (che potrebbe essere necessario se, ad esempio, utilizzava microfoni elettrostatici, alcuni microfoni ad alte prestazioni o forniva "alimentazione phantom") e la lunghezza aggiuntiva del cavo sull'ingresso del convertitore di commutazione produce riflessi del segnale di potenza che normalmente verrebbero bloccati dai filtri di alimentazione del dispositivo iOS quando sono elettricamente vicini. Anche questo richiederebbe attrezzature specializzate per il test.

• Ci sono linee ad alta impedenza solitamente in cortocircuito in alcune configurazioni nella periferica per dire al dispositivo iOS come intende iniziare a comunicare e cosa richiede in termini di potenza e comunicazioni. È possibile che l'allungamento di quelle linee, essendo ad alta impedenza, accoppi il rumore nella periferia.

• Questo potrebbe essere un tipico problema del circuito di massa. La semplice aggiunta di diversi fili di terra più lunghi, se non sono correttamente collegati all'estremità periferica, causerà un flusso di corrente dispari e potrebbe causare rumore di terra all'estremità opposta.

Se sai quali fili nel cavo utilizza effettivamente la periferica (probabilmente USB, alimentazione e cavi seriali), puoi probabilmente creare un cavo adatto alle tue esigenze ed eliminare la maggior parte dei problemi di cui sopra. Dovresti cortocircuitare correttamente i pin di rilevamento all'estremità del dispositivo iOS per eliminare il problema dell'alta impedenza e proteggere anche i pin digitali per eliminare i problemi EMI. Dovrai cortocircuitare i pin di terra appropriati su entrambe le estremità (fai attenzione qui - in alcuni casi vuoi un filo di terra separato - di nuovo, sarà necessario fare un'attenta analisi della periferica per determinare il modo corretto di pin di terra corti ).

Eliminando i 20+ fili non necessari e schermando il resto potresti essere in grado di eliminare tutti i problemi di cui sopra.

Tuttavia, a meno che Tascam non esca con il proprio cavo di prolunga, è un processo lungo e difficile. Suggerirei di contattarli, mostrare loro i risultati e discutere con loro possibili soluzioni.

Dato che si tratta di una domanda altamente tecnica e di aver svolto un lavoro considerevole nel documentare il problema, suggerisco di occuparsene direttamente con il personale di supporto tecnico dell'azienda Tascam. Almeno, apprezzerebbero conoscere questo problema.