Ruido en el módulo TDD de walkie-talkie: principios, soluciones rápidas y soluciones a nivel de sistema

Introducción

Nuestros ingenieros de NiceRF descubrieron que, durante la depuración, escuchaban repetidamente el ruido TDD ("doodle-doodle-doodle") mientras desarrollaban módulos de walkie-talkie digital DMR en modo de transmisión. He visto a muchos equipos pensar que el problema reside en el chip de audio. Sin embargo, no se trata de un problema del chip, sino del pulso de corriente generado durante las transiciones de dúplex por división de tiempo (TDD) en modo de transmisión-recepción, que se introduce en la ruta de audio a través de bucles de alimentación/tierra, acoplamiento del diseño de la placa de circuito impreso y circuitos de polarización del micrófono.

En este artículo, compartiré lo aprendido en la práctica: por qué está presente el ruido, cómo encontrarlo rápidamente, cómo eliminarlo paso a paso —es decir, desde "insertar un inductor de potencia adecuado" hasta "placa de cuatro capas y diseño antiinterferencias"— todo ello abarcando temas como la selección de componentes, el análisis de formas de onda y el árbol de decisiones.

¿Qué es el ruido TDD? (Fenómeno y principio)

Lo que hemos descubierto es que muchos ingenieros que son nuevos en la industria no entienden el ruido TDD.

1.1 Fenómeno y causa raíz

• Fenómeno: Durante la pulsación del botón PTT (Push-to-Talk) o durante el intervalo de tiempo de transmisión, se escucha en el altavoz o los auriculares un sonido bajo y repetitivo con armónicos impares (de decenas a cientos de Hz) en rangos de 16 a 20 Hz, similar al de un motor o una ametralladora.

• Causa (en términos sencillos): En el modo TDD, el amplificador de potencia (PA) se enciende y apaga intermitentemente según el intervalo de tiempo. Esta "pulsación" se transmite a través de las rutas de alimentación, tierra y acoplamiento a la sección de audio, donde se "demodula" como una envolvente de baja frecuencia y, por lo tanto, se vuelve audible.

1.2 Resumen técnico: Las tres vías de propagación del ruido TDD

Nuestra experiencia en el diseño de NiceRF ha demostrado que el ruido TDD se puede abstraer a tres tipos comunes de rutas de propagación en ingeniería:

• Diafonía de la fuente de alimentación (problema PI): Los pulsos TDD inducen ondulación/caída de tensión en la alimentación/tierra y "fluctuaciones" en la referencia de audio.

• Acoplamiento de diseño (problema EMI): El bucle de alta corriente de RF/PA está cerca de las líneas de MIC/Audio/Control, lo que conduce a un acoplamiento de impedancia capacitivo/inductivo/común.

• Filtrado insuficiente: La separación de la polarización del micrófono y la alimentación limpia (3,3 V) es demasiado débil, o la relación de rechazo de la fuente de alimentación (PSRR) del LDO es demasiado baja.

Consejo: Un marco TDD suele ser de 60 ms y tiene una frecuencia fundamental de f ₀ = 1/60ms = 16,7 Hz; lo que se observa como los "dientes pequeños y bonitos" en el espectro son sus líneas de peine armónico.

Tres rutas "rápidas" de cancelación y supresión de ruido: ¡Resultados instantáneos!

De estas opciones, sugiero tres para la importación inicial o durante la creación de prototipos; no requieren una reelaboración significativa y permiten validar el resultado muy rápidamente:

2.1 Ruta tipo A | Entrada de alimentación: Aislamiento "L + C" (recomendado)

• Método: Coloque un inductor de potencia en serie de 15 µH, ≥1,3 A en la entrada del módulo y agregue un desacoplamiento cercano al extremo de 100 µF (baja ESR) + 10 µF + 100 nF.

• Función: Proporciona un filtro de paso bajo para atrapar la envolvente de baja frecuencia TDD y los picos de conmutación en el "lado sucio".

2.2 Opción B | 3,3 V "limpios" para audio/banda base (LDO de alta PSRR)

• Método: Utilice un LDO de bajo ruido con alta PSRR (XC6228D33 disponible comercialmente o similar) de 10 Hz a 1 MHz (>70 dB) para alimentar la fuente de polarización de banda base/audio/MIC.

• Finalidad: Minimiza la ondulación de entrada y proporciona aislamiento de la "fuente de alimentación sucia".

2.3 Ruta C | Polarización del micrófono: Filtrado de tres etapas + Protección de tierra

• Método: Implementar un filtro de tercer orden para el MIC Vbias (47µF + 10µF + 2,2µF de tantalio o dieléctrico estable) y rodear MIC_Voltage con cobre de tierra sólido continuo (protección de tierra/valla de vía).

• Funcionamiento: Recorta la envolvente en el extremo de polarización, asegurando que solo el micrófono "escuche" el sonido, ¡no 30 V!

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Soluciones de ingeniería (integridad de potencia/PCB/componentes) a nivel de sistema

Las prácticas de NiceRF indican que el ruido TDD completo no se puede eliminar por completo y que requiere resolver problemas de PI y diseño de PCB a nivel de sistema.

3.1 Necesidad de diseño de integridad de potencia (PI)

Enfoque de impedancia objetivo: Z _objetivo = ΔV/ΔI. Por ejemplo, si el paso de transmisión ΔI = 0,5 A y un ΔV admisible = 50 mV, entonces Z _objetivo ≤ 0,1 Ω.

Capas de desacoplamiento:

• 100 nF (alta frecuencia) colocado cerca del pin

• 10 µF (frecuencia media) en la zona cercana

• 100 µF (baja frecuencia) en la entrada

Selección del inductor: I _sat ≥ 1,5 × I _pico , DCR < 50 mΩ, aislamiento > 20 dB.

Preguntas frecuentes sobre ruido TDD 2025