Bruit lié au TDD des modules talkie-walkie : principes, solutions rapides et solutions au niveau système

Introduction

Nos ingénieurs de NiceRF ont constaté que le débogage les amenait à entendre de manière répétée le bruit TDD (« doodle-doodle-doodle ») lors du développement de modules de talkie-walkie numériques DMR en mode émission. J'ai vu de nombreuses équipes penser que la puce audio était en cause. Or, le problème ne vient pas de la puce, mais de l'impulsion de courant générée lors des transitions TDD (Time Division Duplex) en mode émission-réception. Cette impulsion s'injecte en quelque sorte dans le circuit audio via des boucles d'alimentation/de masse, le couplage du circuit imprimé et les circuits de polarisation du microphone.

Dans cet article, je partagerai les enseignements tirés de la pratique : pourquoi le bruit est présent, comment le détecter rapidement, comment l’éliminer étape par étape – c’est-à-dire de « l’insertion d’une inductance de puissance appropriée » à « la carte à quatre couches et la disposition anti-interférences » – tout en abordant les sujets de la sélection des composants, de l’analyse des formes d’onde et de l’arbre de décision.

Qu’est-ce que le bruit TDD ? (Phénomène et principe)

Ce que nous avons constaté, c'est que de nombreux ingénieurs qui débutent dans le secteur ne comprennent pas le bruit lié au TDD.

1.1 Phénomène et cause profonde

• Phénomène : Lors de l'appui sur le bouton Push-to-Talk (PTT)/pendant le créneau horaire TX, un son grave en forme de « gribouillis » avec des harmoniques impaires (10 à 100 Hz) dans les gammes de 16 à 20 Hz est entendu au niveau du haut-parleur ou du casque, comme un « moteur/mitrailleuse ».

• Explication (en termes simples) : En mode TDD, l’amplificateur de puissance est activé et désactivé de manière intermittente selon un intervalle de temps défini. Cette « pulsation » est transmise par les circuits d’alimentation, de masse et de couplage à la section audio, où elle est « démodulée » sous forme d’enveloppe basse fréquence, devenant ainsi audible.

1.2 Résumé technique : Les trois voies de propagation du bruit TDD

Notre expérience en matière de conception NiceRF a prouvé que le bruit TDD peut être résumé en trois types courants de chemins de propagation en ingénierie :

• Diaphonie de l'alimentation (problème PI) : les impulsions TDD induisent une ondulation/chute de tension sur l'alimentation/la masse et « giguent » la référence audio.

• Couplage de la disposition (problème EMI) : La boucle de courant élevé du RF/PA est proche des lignes du MIC/Audio/Contrôle, ce qui entraîne un couplage capacitif/inductif/d'impédance commune.

• Filtrage insuffisant : la séparation entre la polarisation du microphone et l’alimentation propre (3,3 V) est trop faible, ou le taux de réjection de l’alimentation (PSRR) du LDO est trop faible.

Conseil : Une trame TDD dure généralement 60 ms et a une fréquence fondamentale de f ₀ = 1/60 ms = 16,7 Hz ; ce que vous voyez comme les « jolies petites dents » dans le spectre sont ses raies harmoniques en peigne.

Trois méthodes « rapides » d'annulation et de suppression du bruit - Résultats instantanés !

Parmi celles-ci, je suggère trois méthodes pour l'importation initiale ou lors du prototypage ; elles ne nécessitent pas de remaniement important et permettent de valider le résultat très rapidement :

2.1 Route de type A | Alimentation : Isolation « L + C » (recommandée)

• Méthode : Placez une inductance de puissance en série de 15 µH, ≥1,3 A à l'entrée du module et ajoutez 100 µF (faible ESR) + 10 µF + 100 nF de découplage proche de l'extrémité.

• Fonction : Fournit un filtre passe-bas pour piéger l'enveloppe basse fréquence TDD et les pics de commutation du « côté sale ».

2.2 Option B | 3,3 V « propre » pour l’audio/bande de base (régulateur LDO à PSRR élevé)

• Méthode : Utiliser un LDO à faible bruit avec un PSRR élevé (XC6228D33 disponible dans le commerce ou similaire) de 10 Hz à 1 MHz (>70 dB) pour l'alimentation de la polarisation de bande de base/audio/MIC.

• Objectif : Minimiser l'ondulation d'entrée et isoler du réseau électrique instable.

2.3 Route C | Polarisation du microphone : filtrage « trois étages » + protection contre les surtensions

• Méthode : Mettre en œuvre un filtre du 3e ordre pour la Vbias du MIC (47 µF + 10 µF + 2,2 µF Tantale ou diélectrique stable) et entourer la tension MIC avec du cuivre de masse solide continu (protection de masse/via barrière).

• Fonctionnement : Coupe l'enveloppe à l'extrémité de polarisation, garantissant que seul le son est « entendu » par le microphone, et non 30V !

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Solutions d'ingénierie (intégrité de l'alimentation/circuits imprimés/composants) au niveau du système

Les pratiques de NiceRF indiquent que le bruit TDD ne peut pas être complètement éliminé et qu'il est nécessaire de résoudre les problèmes PI et la disposition du circuit imprimé au niveau du système.

3.1 Nécessité d'une conception d'intégrité de l'alimentation (PI)

Approche de l'impédance cible : Z _cible = ΔV/ΔI. Par exemple, si l'étape de transmission ΔI = 0,5 A et une variation admissible ΔV = 50 mV, alors Z _cible ≤ 0,1 Ω.

Découplage des couches :

• Condensateur de 100 nF (haute fréquence) placé près de la broche

• 10 µF (fréquence moyenne) dans la zone proche

• 100 µF (basse fréquence) à l'entrée

Sélection de l'inductance : I _sat ≥ 1,5 × I _peak , DCR < 50 mΩ, isolation > 20 dB.

FAQ sur le bruit TDD 2025