汽车音响中音/视频系统的噪声故障诊断

2006-05-19 16:38:09来源: 电子工程专辑

对一般性故障诊断的建议

在偶然条件下,即使所用的技术不先进,系统的宁静程度可能仍是可以接受的。但是,噪声的物理性质将最终发生作用并可能不期而至。如果我们掌握接地系统和接口的实际工作及噪声耦合到信号之中的机制,那么,发现并解决问题就简单且顺理成章。

或许,故障诊断的最重要的方面是你对问题如何认识。如果不掌握系统的方法,要消除噪声问题可能既困难重重,又费时费力。例如,因为你总是习惯于以某种方式处理问题,所以,不要落入对问题视而不见的困境,那些“可能不会出错”的地方恰好是问题之所在。何况,自行消失的问题也会自行再现。

不要一动手就更换元器件。原因在于:如果我们收集足够的线索,在动手更换元器件之间尽可能分析更多信息的话,许多问题会自行暴露出来。

要问这样的问题:它曾经工作正常吗?在什么条件下出现了噪声?与此同时出现了什么其它征兆?

要注意利用设备本身来查找线索。对设备的控制操作及做一些简单的逻辑判断,可能提供非常有价值的线索。例如,如果改变音量或选台噪声不受影响,逻辑上就可以判断在控制之后噪声才进入信号路径。如果调小音量或选择另一个台时噪声可以被消除,那么,噪声一定是在选台之前就已经进入到信号路径之中。

做好记录,仅凭记性可能会在这里浪费许多时间。

画出系统的放块图,表示出所有的信号互连电缆,包括数字和RF电缆,指出它们的近似长度,标记出平衡输入或输出。一般来说,一对立体声可以被表示为单线。注意采用3芯电源插座来接地的设备,并注意诸如有线电视或DSS盘的接地连接。

对系统要从后往前分析。作为一般的准则,除非已找到的线索建议从另外一个起点开始,都要从输入开始到功率放大器(对于音响系统)进行分析或从输入开始到显示器(对于视频系统)进行分析,并顺序向后测试接口直到信号源为止。构造简易的测试适配器或模拟器容许系统进行自测并准确查明噪声或干扰的进入点。临时把模拟器直接加在接口中,关于问题本质的精确信息也就被再现出来。

发现不平衡接口的问题

对于不平衡音响接口,模拟器测试特别要识别下列问题:

  • 电缆中的共同阻抗耦合;

  • 拾取邻近磁场或电场;

  • 有缺陷设备中的共同阻抗耦合,称为“引脚单接问题”。

    图1:不平衡接口的模拟器。

    模拟器采用如图1所示的标准连接器连线,它们不走信号,所以,要清楚地标记出来,别在无意中永久地安装到了系统之中。要格外小心别损坏了扬声器或耳机。

    四步测试法

    每一个信号接口都采用下列四步法进行测试。在同一机箱内的多根电缆(例如立体声线对)要同时被测试:

  • 步骤1:拔下机箱B输入端的电缆,插入模拟器;

    输出宁静吗?

    否—问题要么在机箱B,要么在后级;

    是—去下一步;

  • 步骤2:从机箱B输入取下模拟器,将电缆插入模拟器;

    输出宁静吗?

    否—机箱B内部存在“引脚单接问题”,“悍马”蜂鸣测试可以证实这一点。

    是—去下一步;

  • 步骤3—取下模拟器并将电缆插入机箱B的输入。从机箱A拔下电缆的另一端并插入到模拟器之中,要确保模拟器不接触任何导体。

    输出宁静吗?

    否—噪声正被感应到电缆中,重新放置电缆使之绕开干扰场;

    是—去下一步;

  • 步骤4:将模拟器从电缆上取下,将模拟器插入到机箱A的输出中。

    输出宁静吗?

    否—问题是共同阻抗耦合,在信号路径要安装隔离器;

    是—噪声来自机箱A的输出,在下一个上游接口执行测试序列,根据需要重复执行直到发现问题。

    发现平衡接口的问题

    对于平衡接口,测试特别要识别下列问题:

  • 在电缆中的屏蔽电流感应耦合;

  • 由电缆拾取的磁场或电场;

  • 有缺陷的设备中的共同阻抗耦合称为“引脚单接问题”。

    图2:平衡接口的模拟器。

    模拟器采用如图所示的标准连接器连线,它们不走信号,所以,要清楚地标记出来,别在无意中永久地安装到了系统之中。要格外小心别损坏了扬声器或耳机。

    每一个信号接口都采用下列四步法进行测试。在同一机箱内的多根电缆(例如立体声线对)要同时被测试:

  • 步骤1:拔下机箱B输入端的电缆,插入模拟器;

    输出宁静吗?

    否—问题要么在机箱B,要么在后级;

    是—去下一步;

  • 步骤2:从机箱B输入取下模拟器,将电缆插入模拟器;

    输出宁静吗?

    否—机箱B内部存在“引脚单接问题”,悍马测试可以证实这一点。

    是—去下一步;

  • 步骤3—取下模拟器并将电缆插入机箱B的输入。从机箱A拔下电缆的另一端并插入到模拟器之中,要确保模拟器不接触任何导体。

    输出宁静吗?

    否—噪声正被感应到电缆中,重新放置电缆使之绕开干扰场;

    是—去下一步;

  • 步骤4:将模拟器从电缆上取下,将模拟器插入到机箱A的输出中。

    输出宁静吗?

    否—问题是屏蔽电流感应噪声(SCIN),换一条不同类型的电缆或采取措施减少屏蔽电流。

    是—噪声来源于机箱A的输出,在下一个上游接口执行测试序列。

    图3:具有内部引脚单接问题的三个机箱。

    图4:一个用于测试屏蔽层的“悍马”。

    “引脚单接问题”和“悍马”

    “引脚单接问题”由Neil Muncy冠名,它指的是共同阻抗耦合已经被不注意地设计到相当数量的产品中的现象。正如Neil所说,“平衡设计因此而名声狼籍,这是它不应该得到的口碑。这确实是新奇的问题。平衡线互连原本被期望于确保无噪声的系统性能,但是,实际上它们常常却没有做到。”该问题把屏蔽连接有效地转换为非常低阻抗的信号输入,如图3所示,屏蔽电流被容许流过由敏感的放大器电路共享的内部线或电路板走线。所产生的微小电压降都会被放大并出现在器件的输出端。当系统中存在这种问题的时候,它可能与其它噪声耦合机制相互作用,从而使故障诊断难以进行下去。它可能影响到不平衡音响、视频及数据接口。幸运的是:采用简单的测试就可以让问题暴露出来。“悍马”测试方法由John Windt提出,该简单装置的电路如下图所示,它强迫一个大约50mA的电流流过被测器件中的可能出麻烦的屏蔽连接。在设计正确的设备中,这会在设备输出造成额外的噪声。当夹子短路时,12V变压器提供大约50mA的电流。可选的LED和一个IN4001二极管简单地显示已经做好连接且电流确实流过。

    采用“悍马”测试

    1. 从被测设备上断开输入和输出电缆(待测输出除外)及所有机箱连接(例如架装);

    2. 给被测设备加电源;

    3. 计量(如果可能的话,倾听)该被测设备的输出。唯一的噪声应该是白噪声或“嘶嘶声”。试各种控制的设置,在没有连接“悍马”的情况下,熟悉被测设备的噪声特征。

    图5:模式发生器。

    图6:视频模拟器。

    4.把“悍马”的一条引脚连接到被测设备的机箱并将另一条引脚与每一个输出或输出连接器的屏蔽接点接触。如果该被测设备的设计正确,输出就没有嗡嗡声或噪声基底的改变。

    5. 测试其它可能出麻烦的路径,例如从输入屏蔽触点到输出屏蔽触点或从电源线的保护地引脚到机箱。在某些设备中,XLR连接器的单接引脚不一定要直接连接到地——希望这仅仅在输入端。在这种情形下,“悍马”LED可能就不会发光,这就对了。

    发现视频接口的问题

    这与音响系统的故障诊断步骤有简单的差异。因为许多—如果不是大多数的话—显示器在没有视频信号时呈现蓝色屏幕,该测试利用便携式视频信号源来保持显示能起作用。如果你做大量的视频处理,可能要采用图6所示的类似于B&K Precision公司1211E型的视频模式发生器。该发生器由电池供电并且不接地是很重要的。你还需要一个测试适配器或如图5所示的“模拟器”连线。利用RCA和BNC连接器,便于把它放到小型铸造铝盒中。通过临时把测试器和发生器安置在系统中的战略位置,可以暴露问题本质的精确信息。在测试器和机箱B之间的电缆要尽可能短—要比被测电缆短得多。

    要从显示器输入开始反向到信号源进行测试,每一个信号接口都要采用下列四个步骤进行测试:

  • 步骤1:从机箱B拔下电缆并用短电缆把模拟器/发生器做如下连接。该测试防止任何噪声电流—可能会流入电缆屏蔽层—进入机箱B。

    干扰消失了吗?

    否—问题要么出在机箱B,要么出在下游。再次连接电缆,在下一个下游接口执行该测试。

    是—去下一步。

  • 步骤2:取下模拟器/发生器,按下图所示将电缆插入模拟器。该测试容许电缆屏蔽层中的噪声电流进入机箱B。

    干扰消失了吗?

    否—问题可能应归于机箱B内的共同阻抗耦合或下游更远的器件。如果输入不同(即屏蔽层不直接接地),那么,问题可能归于超过了共模电压的极限。如果问题不在机箱B,再次连接电缆,并在下一个下游接口上开始测试步骤。

    是—去下一步。

  • 步骤3:卸下模拟器/发生器并将电缆直接插入到机箱B的输入。从机箱A拔下电缆的另一端,如下图所示插入到模拟器/发生器。别把模拟器连接到机箱A或让它接触任何导体。该步骤测试电缆本身对磁场或电场感应引起的噪声的抑制程度。电缆的远端保持悬空,以防止其它电流流过屏蔽层。

    干扰消失了吗?

    否—干扰正在被电缆本身所感应产生,其原因是电缆附近的强交流磁场。要对电缆重新布线以避开强磁场。此类磁场包括大电流电源线、电源变压器和CRT显示器。电场耦合也是可能的,但是,除非屏蔽本身被破坏或断开,在视频系统中极为罕见。

    是—去下一步。

  • 步骤4:把模拟器/发生器从电缆上取下,按照下图所示把模拟器连接到机箱A的输出。该测试防止机箱A驱动机箱B,但是,容许地电流流过连接它们的电缆屏蔽层。

    干扰消失了吗?

    否—地电流经由电缆屏蔽层的共同阻抗耦合。要安装一个合适的地隔离器件。

    是—干扰出现在机箱A的输出。在机箱A和上游信号源之间的接口上执行测试序列。

    通过在音响系统中采用系统的方法来诊断噪声问题,你常常可以定位和改正有问题的电路或连接。以系统的测试方法,采用简单的工具你可以直接快速查找甚至是最难懂的音响噪声问题。

  • 关键字:系统  定位  电路  噪声

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