当使用连接到麦克风外围设备的iPhone扩展坞延长线时引入的谐波噪声

我正在使用连接到iPhone 4S基座的Tascam iM2立体声麦克风。直接连接外围设备时，没有问题。但是，当我使用扩展坞扩展电缆时，会引入奇怪的谐波噪声。我尝试了来自不同制造商的延长线，甚至CableJive生产的高度评价的dockXtender延长线也会引入噪音。

这有点奇怪，因为在外围设备中内置了模数转换器（带我的英式英语）。这不是在电缆中拾取的模拟噪声，因为信号在到达iPhone的过程中是纯数字的。噪声似乎是在数字域中引入的。我在办公室录制了一个音频样本，并使用Matlab对其进行了分析。噪声的幅度有所波动，但显然是具有非常精确的1kHz基本频率的谐波复合信号。据报道，ADC以44.1 kHz的频率采样，因此，谐波噪声的出现周期甚至不是采样周期的整数倍，这是非常奇怪的。附带说明一下，我曾经听说过某些笔记本电脑声卡（特别是Vaio C1s型号）发出的类似谐波噪声。

在此处输入图片说明

鉴于噪声永远不会在频率上波动，因此测试表明，我可以通过基于此处的信息使用分数延迟滤波器进行预处理来解决此问题。。。 http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=951433 。。。但这是要实现的计算昂贵的过滤器。

预防胜于治疗。我的问题是，这种奇怪的谐波噪声的根源是什么？如果可能的话，我该如何补救，以免浪费额外的滤波器处理能力？

— 学习
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这是一个有趣的问题，如果您有答案，我会对您的答案感兴趣。您提到的dockXtender电缆将所有引脚穿过，因此不应该如此。而且由于它已在Tascam中预先转换为数字，因此不会有来自环境的模拟噪声影响电缆。我知道您已经说了所有这些，但是说实话这没有任何意义。

— 凯尔·克罗宁

另外-为了跟进您的举报，我们确实在EE网站上进行了检查，如果在那里询问，该网站将关闭。让他们聊天，以了解他们为什么写这篇文章而不是喝杯茶。在这里很好-许多更难解决的问题仍未得到解决，有些仅需几个星期即可吸引合适的回答者。如果主持人不同意将其转移到另一个站点，那么将其移走我会感到不舒服。

— bmike

好的-没什么急事。感谢您花费时间和精力为我研究此问题。

— Learnvst 2012年

Answers:

您要拾取的是USB帧同步产生的 EMI （很可能是通过接地线产生的）：

USB主机每毫秒（12000个全带宽位时间）发送一个特殊的SOF（帧开始）令牌，其中包含一个11位递增的帧号来代替设备地址。这用于同步等时数据流。高带宽USB 2.0设备每帧接收7个额外的重复SOF令牌，每个令牌都引入一个125 µs的“微帧”（每个60000高带宽比特时间）。

USB 2.0添加了PING令牌，该令牌询问设备是否准备好接收OUT / DATA数据包对。设备会根据情况以ACK，NAK或STALL进行响应。如果设备知道它将仅以NAK进行响应，则可以避免发送DATA数据包的需要。

使用适当屏蔽的延长电缆可以避免这种情况。请注意，即使dockXtender也只能屏蔽某些电线：

革命性的2层屏蔽系统将所有视频和音频信号放在单独的屏蔽中，以减少对通过电线传输的其他信号的干扰。

如果您是DIY类型的人，那么使用高质量的屏蔽线来制作自己的扩展电缆应该非常容易。您可能只需要连接30个引脚中的几个即可：USB（电源，接地，数据+/-），所有GND以及附件/串行（启用，rx / tx）。确保您也屏蔽了连接器上的焊接。

— 弗拉德
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“ USB主机每毫秒（12000个全带宽位时间）传输一个特殊的SOF（帧开始）令牌”，这听起来很有希望！

— learnvst

这也可以解释为什么我以前听过笔记本电脑声音中的这种音频污染！

— Learnvst 2012年

@learnvst-USB帧同步为1kHZ，我真的想不出其他EMI来源，所以继续。

— 弗拉德

好的，我没想到USB帧同步。

— 亚当·戴维斯

“如果你是DIY类型。”，哦，是的，我是。。。electronics.stackexchange.com/questions/27337/...

— learnvst

由于AD转换发生在外围端，因此噪声也必须存在于外围端。

无法访问该设备进行拆卸，我只能猜测出问题所在，但这很可能是由于以下一种或多种原因造成的：

外设可能通过ipod连接器在内部完全与麦克风隔离。连接非屏蔽扩展电缆时，外部环境噪音会通过电缆耦合到设备中。如果您在电气安静的区域（例如，在远离电力线的现场中间）进行测试，则可能能够确认或消除此情况。
外设具有“足够好”的过滤功能，但是一旦添加了多余的导线反射长度（不会影响USB信号），它就会开始引起接地反弹或其他EMI。没有示波器和/或信号分析仪，没有简单的方法可以对此进行测试。
外设有一个1kHz的开关电源转换器（例如，如果使用静电麦克风，某些高性能麦克风或提供“幻像电源”，则可能需要），并且开关转换器输入上的额外电缆长度会导致电源信号反射当它们在电气上关闭时，通常会被iOS设备的电源滤波器钳位。这也将需要专门的设备进行测试。
通常在外围设备中以某些配置短路高阻抗线，以告诉iOS设备它打算如何开始通信以及在电源和通信方面需要什么。延长这些线路（高阻抗）可能会将噪声耦合到外围设备中。
这可能是典型的接地回路问题。如果未在外围端正确连接，则简单地增加几根较长的接地线将导致电流流过，并可能在远端产生接地噪声。

如果您知道外围设备实际使用的电缆中的哪条线（可能是USB，电源和串行线），那么您就可以设计出满足您需求的电缆，并消除上述大多数问题。您必须在iOS设备端正确短路检测引脚以消除高阻抗问题，并屏蔽甚至数字引脚以消除EMI问题。您需要在两端短路相应的接地引脚（此处要小心-在某些情况下，您需要单独的接地线-再次，需要对外围设备进行仔细分析，以确定短路接地引脚的正确方法）。

通过消除20根以上不需要的导线，并屏蔽其余部分，您也许可以消除所有上述问题。

但是，除非Tascam附带自己的延长电缆，否则这将是一个漫长而困难的过程。我建议与他们联系，向他们展示您的结果，并与他们讨论可能的解决方案。

— 亚当·戴维斯（Adam Davis）
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鉴于这是一个高度技术性的问题，并且您已在记录该问题上做了大量工作，因此建议您直接与Tascam公司的技术支持人员联系。至少，他们希望了解此问题。