Moduł GSM - zakłócenia w torze audio

Kończę właśnie swoją pierwszą poważniejszą konstrukcję, polegającą na Integracji pozostałości starego telefonu na tarczę z Atmegą8 i modułem GSM Motorola D15. Projekt jest gotowy w 99%, natrafiłem jednak na pewien problem. Mianowicie do toru audio przenikaja "terkot" od modułu GSM. Słychać go po obydwu stronach, czasami jest wręcz niemiłosiernie głośny - ginie w nim wszystko inne.

Początkowo myślałem, że filtrowanie zasilania wtórników jest nieodpowiednie, ale jednak nie - zwiększenie rezystorów w filtrach RC nie pomogło ani trochę.
Drugim pomysłem było przenikanie składowej w.cz. przez jakieś pojemności - w końcu kabel telefoniczny jest długi, może się w nim coś indukować i wracać nie tam gdzie trzeba. Dałem bypassy 100pF przy mikrofonie oraz na wejściach i wyjściach wtórników. Może i trochę pomogło, ale tylko minimalnie. Telefon wciąż terkotał niemiłosiernie.

Potem postanowiłem odpiąć na chwilę antenę, która jest przykręcona do oryginalnego elementu obudowy (mosiężny kątownik przykręcony do stalowej podstawy). Zamiast niej włączyłem inną antenkę, leżącą luzem na stoliku. Terkot jak przedtem, taki teraz. W akcie desperacji chwyciłem antenę kombinerkami za tą wtyczko-nakrętkę i zacząłem ją ustawiać w różnych pozycjach. Nie pomagało. W pewnym momencie dotknąłem bezpośrednio stalowej podstawy tą nakrętką - jak ręką odjął. Terkotanie prawie całkowicie ustało po obydwu stronach linii.

Podpiąłem ponownie oryginalną antenę (tą przykręconą) i wsunąłem pęsetę tak, że zwierała wspomnianą nakrętkę z metalową podstawą. Momentalna poprawa. Wkładam pęsetę - zakłócenia znikają, wyjmuję - terkot powraca.

Pomyślałem, że może nie ma odpowiedniego kontaktu pomiędzy tym mosiężnym kątownikiem a podstawą. Odkręciłem ją, przetarłem drobnym papierem ściernym i izopropanolem, skręciłem. Nic nie dało - wciąż trzeba wkładać coś metalowego, żeby działało.

Elementarne pytanie: Co jest źródłem takiego zachowania konstrukcji. Mogę coś zrobić poza wlutowaniem grubego kabla pomiędzy punktami, które teraz łączy pęseta? Dlaczego mosiężny kątownik nie zapewnia odpowiedniego połączenia i dlaczego układ zachowuje się jakby mu brakowało masy? Przecież od modułu GSM idzie kabelek w ekranie, który łączy go z masą poprzez pozostałe płytki...

Nie wiele pomogę stwierdzeniem, że zbudowanie konstrukcji "kompatybilnej elektromagnetycznie", gdzie tor audio sąsiaduje z nadajnikiem w.cz o mocy kilku W (pole e.m oraz dopasowanie anteny nie jest do końca przewidywalne), nie jest proste. Mimo iż opis jest dość dokładny, jednak trudno mi sobie wyobrazić jak wygląda cała konstrukcja, brak schematu... W sprzęcie fabrycznym stosuje się symetryczne przesyłanie sygnału analogowego i przemyślane odsprzęganie w.cz. kondesatorami do masy. Oczywistym jest, że projekt pcb odgrywa tu niemałe znaczenie.
Źródłem terkotania najpewniej jest pole w.cz indukujące się w tor analogowy.

bobeer napisał:

Nie wiele pomogę stwierdzeniem, że zbudowanie konstrukcji "kompatybilnej elektromagnetycznie", gdzie tor audio sąsiaduje z nadajnikiem w.cz o mocy kilku W (pole e.m oraz dopasowanie anteny nie jest do końca przewidywalne), nie jest proste.

Zdaje sobie z tego sprawę. Jednak wcześniej zbudowałem prototyp - częściowo na płytce stykowej, częściowo na pająku. Było parę długich kabli łączących całość, a podobnego efektu nie zauważyłem. Później skleciłem pierwszą wersję płytki drukowanej - była dość dużą i nie miała wbudowanego układu ładowania aku (na tym etapie korzystałem jeszcze z zasilacza). Też działało.

Potem skleciłem trochę mniejszą płytkę i tu zaczęły się opisywane powyżej problemy. Wiem, że płytka nie jest może dziełem sztuki (dopiero uczę się projektowania). Wiem, że trochę za dużo zworek i kabli (zwykle staram się używać ekranowanych), ale dopiero po wytrawieniu i zmontowaniu pierwszej wersji zorientowałem się, że mógłbym to znacznie uprościć usuwając zbędne piny z gniazdka łączącego moduł GSM z główną płytką...

Wrzucam projekt płytki i kilka zdjęć. IC3 to CD4066 służący do przełączania/odłączania źródeł sygtnału audio (moduł GSM i PWM Atmegi). W prawym dolnym rogu znajdują się dwa wtórniki na BC846 (dla mikrofonu i słuchawki). Trochę powyżej półmostek H, który steruje dzwonkiem. Połączenie miedzy wzmacniaczami a złączem modułu jest wykonane dwoma ekranowanymi kabelkami audio.
Część ścieżki po drugiej stronie płytki to w rzeczywistości kable, podobnie jak ścieżki niepoprowadzone.

Wrzucam też zdjęcia całości, na jednym widać pęsetę dzięki której układ zaczyna działać prawidłowo.

Uprzedzając możliwe pytanie informuję, że antenę próbowałem też przykręcić odwrotnie, to znaczy tak, aby była bardziej z tyłu. Nie pomogło.

Aha, z tyłu znajduje się dodatkowa płytka z gniazdkiem mini USB, złączem ISP oraz przyciskiem reset. Połączenie miedzy płytkami wykonane ekranowanym przewodem. Miałem wątpliwości czy bliskość anteny nie będzie miała negatywnego wpływu na tą płytkę (np. samoczynne resety) ale nic takiego się nie dzieje.

Cytat:

Mimo iż opis jest dość dokładny, jednak trudno mi sobie wyobrazić jak wygląda cała konstrukcja, brak schematu...

Schemat mogę wrzucić, chociaż wymagałby uporządkowania (robiłem go na własne potrzeby). Wielkiej filozofii tam nie ma. Moduł podłączony do Atmegi przez USART (+ kilka linii sterujących). Zasilanie modułu podawane przez MOSFET, który umożliwia odcięcie zasilania. Jest układ ładowania aku li-pol, jest CD4066 przełączający sygnały audio, jest półmostek H sterujący dzwonkiem. Są wtórniki pomiędzy modułem a mikrofonem i słuchawką. Moduł zapewnia osobną masę analogową.

Cytat:

W sprzęcie fabrycznym stosuje się symetryczne przesyłanie sygnału analogowego i przemyślane odsprzęganie w.cz. kondesatorami do masy.

Ten moduł nie ma symetrycznych wyjść/wejść. Są trzy piny analogowe - SPK, MIC i AGND.

Cytat:

Źródłem terkotania najpewniej jest pole w.cz indukujące się w tor analogowy.

Dlaczego w takim razie ta nieszczęsna pęseta pomaga? Można coś poradzić na to terkotanie?

Następną konstrukcję zrobię chyba już na SIM300 albo SIM 900, z wejściami symetrycznymi.

Schematu dalej nie dałeś, ale już nie musisz, mniej więcej widać o co chodzi-najistotnijsza część analogowa (płytka nie wygląda źle na pierwszy rzut oka).

Mam nadzieję, że wiesz o tym, że ta antena wypromieniowuje w.cz z użyciem masy (to do czego ją przykręciłeś). Więc nic dziwnego jeśli na masie masz energię w.cz i potencjalne problemy z pyrkaniem.

Na początek zobacz co się stanie jak dasz toroid ferrytowy na kabel antenowy przed antenę (najlepiej ze dwa zwoje nawet).

Jeżeli pyrkanie znika po odłączeniu przewodu od słuchawki, spróbuj zainstalować podobny filtr na kablu "słuchawkowym"

Jeżeli użyłeś niesymetrycznego przesyłania sygnału audio (masa jest połączona z masą), to może być trudno pozbyć się zaindukowanych w kabel słuchawki śmieci (zwłaszcza jeżeli kabel będzie się znajdował w pobliżu anteny).

Podczas prób sprawdziłeś z jaką mocą nadaje nadajnik ? Mogło się zdarzyć że wcześniej pracował z 0.1W a teraz daje 2W.

bobeer napisał:

Schematu dalej nie dałeś, ale już nie musisz, mniej więcej widać o co chodzi-najistotnijsza część analogowa (płytka nie wygląda źle na pierwszy rzut oka).

Schemat wygląda następująco. Nie chciałem go wrzucać, bo jest mocno chaotyczny (robiłem go na własny użytek), brakuje wartości elementów, gdyż niektóre dobierałem w trakcie prac. Chciałem już po zakończeniu wszystko uporządkować. Zresztą jak mówiłem pracuję nad drugą wersją płytki. Planuję umieścić część audio przy samym złączu modułu GSM. Jeśli masz jakieś sugestie, chętnie ich posłucham.

Cytat:

Mam nadzieję, że wiesz o tym, że ta antena wypromieniowuje w.cz z użyciem masy (to do czego ją przykręciłeś). Więc nic dziwnego jeśli na masie masz energię w.cz i potencjalne problemy z pyrkaniem.

Hmm... Tylko skąd w takim razie bierze się ten "efekt pęsety"?
Jeśli antena nie jest do niczego przykręcona (leży na stoliku) to problem występuje. gdy jest przykręcona do mosiężnego kątownika - problem występuje. gdy wcisnę pęsetę między złącze anteny a blaszaną podstawę - jak ręką odjął.

Cytat:

Na początek zobacz co się stanie jak dasz toroid ferrytowy na kabel antenowy przed antenę (najlepiej ze dwa zwoje nawet).

Ok, spróbuję.
EDIT: Nie znalazłem odpowiedniego toroida, przez który mógłbym przewlec gniazdko na końcu kabla ten antenki. Jedyne co się nadawało to brązowy amidon, ale on nie pomógl. Rozumiem zresztą, że to nie o taki ferryt chodziło.

Cytat:

Jeżeli pyrkanie znika po odłączeniu przewodu od słuchawki, spróbuj zainstalować podobny filtr na kablu "słuchawkowym"

Tego już próbowałem. Udało mi się wcisnąć do obudowy mikrotelefonu typowy wałek ferrytowy na końcu kabla, tuż przed mikrofonem. Nie pomogło.

Cytat:

Jeżeli użyłeś niesymetrycznego przesyłania sygnału audio (masa jest połączona z masą), to może być trudno pozbyć się zaindukowanych w kabel słuchawki śmieci (zwłaszcza jeżeli kabel będzie się znajdował w pobliżu anteny).

Jakie powinno być właściwe połączenie? Wprowadziłbym je przynajmniej w drugiej wersji płytki... Są jeszcze jakieś inne doraźne rozwiązania?

Cytat:

Podczas prób sprawdziłeś z jaką mocą nadaje nadajnik ? Mogło się zdarzyć że wcześniej pracował z 0.1W a teraz daje 2W.

Nie sprawdzałem, ale warunki raczej się nie zmieniły. Próby prowadzone z tego samego miejsca, żadnych BTS-ów w okolicy nie przybyło ani nie ubyło.

Cytat:

gdy wcisnę pęsetę między złącze anteny a blaszaną podstawę - jak ręką odjął.

Trudno powiedzieć co dokładnie się wtedy dzieje. Antena zmienia kierunkowość to jedno. Zmienia się dopasowanie to drugie. Być może po użyciu pęsety antena ma nareszcie prawidłowe dopasowanie i energia w.cz zamiast wracać po kablu na masę modułu i Twojej płytki wypromieniowana jest między wibratorem a masą (tą podstawą).

Twój schemat nie zawiera żadnych elementów odfiltrowujących i tak jak mówiłeś użyłeś wtórników, co nie jest tu zbyt na miejscu (nie wydaje mi się, aby była konieczność wzmacniać jakiś prąd, bo napięciowo i zakłóceniowo to tylko pogarsza sprawę.

Jaka jest impedancja wejściowa m.cz modułu gsm ?
Moduł ma tylko wejście / wyjście niesymetryczne ?

Proponuję przeanalizować nieco schematy telefonów gsm, jak tam jest zrobione wejście audio dla HF, albo chociaż wbudowany mikrofon, powinno to wiele wyjaśnić.

bobeer napisał:

Twój schemat nie zawiera żadnych elementów odfiltrowujących

Nie było ich na początku, gdy tworzyłem schemat, ale próbując walczyć z problemem dodałem:
1) Kondensator 100pF na stykach mikrofonu (pojemnościowy, którym zastąpiłem oryginalny węglowy)
2) Kondensator na stykach słuchawki.
3) Kondensator 100pF na wyjściu wtórnika mikrofonowego (za kondensatorem sprzegającym).
4) Kondensator 100pF na wejściu wtórnika słuchawki (za CD4066).

Cytat:

i tak jak mówiłeś użyłeś wtórników, co nie jest tu zbyt na miejscu (nie wydaje mi się, aby była konieczność wzmacniać jakiś prąd, bo napięciowo i zakłóceniowo to tylko pogarsza sprawę.

Wtórnik przed słuchawką jest potrzebny ze względu na sygnał PWM z Atmegi.
Ten po mikrofonie może faktycznie jest zbędny... Pamiętam, że chyba nawet w jednym z prototypów na "pająku" go nie było...

Cytat:

Jaka jest impedancja wejściowa m.cz modułu gsm ?

10k.

Cytat:

Moduł ma tylko wejście / wyjście niesymetryczne ?

Tak. Cały interfejs audio to wejście mikrofonowe, wyjście słuchawkowe i masa analogowa.

Cytat:

Proponuję przeanalizować nieco schematy telefonów gsm, jak tam jest zrobione wejście audio dla HF, albo chociaż wbudowany mikrofon, powinno to wiele wyjaśnić.

Powinienem się pogodzić z tym, że będę musiał robić płytkę od nowa czy jest jeszcze jakaś szansa na reanimowanie układu w tej formie?

MJoże gydbym poeksperymentował z innymi antenami?

Cytat:

Wtórnik przed słuchawką jest potrzebny ze względu na sygnał PWM z Atmegi.

W stronę słuchawki to akurat mniejszy problem, bo poziom sygnału jest tam wyższy.

Cytat:

Powinienem się pogodzić z tym, że będę musiał robić płytkę od nowa czy jest jeszcze jakaś szansa na reanimowanie układu w tej formie?

Temat jest ciężki, ale będę trzymał kciuki
Jeżeli chcesz żeby to miało chociaż "ręce" (bo ręce i nogi w warunkach amatorskich = naprawdę ogromne doświadczenie projektanta) to zaprojektuj to od nowa z uwzględnieniem problemu pola elektromagnetycznego, niestety najlepiej było by użyć dwustronnego pcb, choć myślę, że może na jednostronnym też się uda.

Myślę,że nie w płytce jest problem, ale w schemacie. Na początek zbuduj symetryczny wzmacniacz mikrofonowy, z odpowiednim filtrowaniem, umieść go jak najbliżej tego asymetrycznego modułu gsm i zobacz czy to da jakiś skutek.
Jeśli musisz doprowadzać jakieś asymetryczne sygnały, to zsumuj je przed modułem, zadbaj żeby miały odpowiednio niską impedancję (możliwie duże prądy), co powinno zmniejszyć wpływ prądów zaindukowanych.

Ekranowanie przewodów to tutaj sprawa mniej istotna. Tak samo stosowanie kondensatorów o których wspominałeś w tym rozwiązaniu układowym wiele nie pomoże (co już sprawdziłeś).

Gdyby komuś miała się przydać ta informacja, to winnym okazał się wtórnik emiterowy w torze mikrofonowym. Po jego usunięciu i połączeniu mikrofonu z wejściem modułu GSM wszystko zaczęło działać względnie prawidłowo. Terkot u rozmówcy zginął zupełnie, we własnej słuchawce jest prawie niesłyszalny. Tak więc na szczęście obejdzie się bez większych przeróbek.