Por que os controles remotos de IR influenciam os rádios AM?

Quando coloco meu controle remoto IR perto de qualquer rádio AM e pressiono qualquer botão do controle remoto, ouço um som do alto-falante do rádio (como um bipe). Esse fenômeno é muito estranho para mim porque o rádio não tem receptor de infravermelho dentro.

Por outro lado, a frequência do rádio AM é superior a 530 kHz, mas a frequência do controle remoto IR geralmente é de apenas 30 a 38 kHz.

Além disso, o ouvido humano não consegue detectar frequências superiores a 20 kHz, mas a frequência do controle remoto IR é superior a 30 kHz.

Então, eu estou me perguntando por que os rádios AM reagem aos controles remotos de infravermelho?

Este sinal de infravermelho é de fato ignorado pelo rádio AM. No entanto, um rádio AM é muito sensível às ondas de rádio (sim, DUH! ;-))

Quando o controle remoto IR opera (você aperta um botão), o chip no controle remoto liga um circuito ressonador de relógio, necessário para gerar os sinais IR. Eu já vi a maioria dos controles remotos de infravermelho usando um ressonador de 455 kHz. Isso é simplesmente usado porque é barato.

O chip remoto IR possui um circuito para dividir essa frequência para obter os 38 kHz necessários. Uma divisão por um fator 12 faria 455 kHz / 12 = 37,9 kHz. Sim, isso é "suficientemente próximo", pois os receptores de infravermelho não são tão precisos, não conseguem distinguir entre 38 kHz e 37,9 kHz. Além disso, isso não é necessário, os 38 kHz são apenas uma "operadora" que não contém informações.

Agora temos 38 kHz, que é um sinal que tem uma forma de onda quadrada quando sai do chip remoto IR. Isso ocorre porque isso é simples (o circuito lógico funciona com sinais de onda quadrada) e o LED IR precisa estar ligado ou desligado. Portanto, não há necessidade de níveis "intermediários".

Agora, uma propriedade de um sinal de onda quadrada é que ele não contém apenas uma única frequência (como 38 kHz), mas também contém muitos múltiplos (principalmente harmônicos irregulares) dessa frequência: 2 x 38 kHz = 76 kHz, 3 x 38 kHz = 114 kHz, ... 14 x 38 kHz = 532 kHz . Lá está, a 14ª harmônica já está em uma frequência que o rádio AM pode receber!

Nunca subestime o conteúdo harmônico dos sinais de comutação e de onda quadrada. Certa vez, trabalhei em um produto em que o 238º harmônico de um conversor DCDC funcionando a 600 kHz estava atrapalhando o receptor que estava funcionando a 142,8 MHz!

Provavelmente, seu rádio está captando radiação EM indesejada do circuito do controle remoto. Você menciona que ele opera entre 30 e 38KHz, mas o IR provavelmente usa modulação de onda quadrada, então você ainda captará os harmônicos. Obviamente, pode haver algum outro sinal que a unidade de LED seja captada.

Quando você tiver um sinal ou harmônico próximo à frequência em que seu rádio estiver sintonizado, o rádio o heterodinará na banda de áudio. Experimente com uma calculadora, essas podem ser ainda mais divertidas se você tiver uma barulhenta.

você tem 2 arestas de nanossegundos dentro do controle remoto.

As arestas de 2 nanossegundos são tão rápidas que servem como FINA IMPULSÃO para a maioria dos circuitos.

Assim, os circuitos de rádio AM são atingidos por minúsculos relâmpagos e toques, e você ouve.

"é seguro dizer que eles não contribuem com nenhum IME", embora claramente os impulsos contribuam, porque a atividade pode ser ouvida. Um rádio AM com largura de banda de 10KHz (banda lateral dupla) possui piso de ruído de -174dBm / rootHz + 10dB Figura de ruído nos transistores front-end + aumento de 40dB no piso de ruído devido à potência do ruído ser proporcional à largura de banda, = -174 + 50 == 124 dBm. Com 0dBm em 50 ohms sendo 0,632 volts PP e -120dBm sendo 1 milhão de vezes menor em voltagem, o nível de detectabilidade é de cerca de 0,6microVolts. Ou 0,0000006 volts; agora você quer apostar que as transições lógicas do MCU de 5 volts NÃO sejam detectadas por um rádio AM, sendo esses receptores notórios por suscetibilidade estática.

Então agora temos um pouco de ciência, matemática e física reais, por trás do motivo pelo qual o IR REMOTE pode ser detectado por um AM RADIO. Legal, não é?

Agora, para alguns detalhes sobre o acoplamento entre o IR Remote e o rádio AM:

O controle remoto terá vários centímetros de traçado de PCB do MCU ao transistor do driver de LED, que cospe correntes de 0,1 amp ou 0,2 amp para o LED, limitadas por resistores de 5 ou 10 ohm. Na base do transistor serão 10mA com bordas de 2 nanossegundos. Do coletor serão 100mA (SWAG) com queda rápida e aumento lento (conforme o transistor sai da saturação lentamente). Essas correntes podem acoplar-se magneticamente a QUALQUER circuito do circuito dentro do rádio AM.

No entanto, vamos pensar apenas no acoplamento capacitivo.

O rádio AM é de tamanho diferente de zero e assumiremos vários centímetros de traço de PCB que são capacitivamente acoplados ao controle remoto IR.

Então, vamos modelar esses traços de PCB: 2 cm de comprimento por 1 mm de largura e 2 cm de distância.

C = Eo * Er * Área / Distância = 9e-12 Farad / metro * 1 (ar) * (2cm * 1mm) / 2cm

C = fardo 9e-12 * 1mm = fardo 9e-15 ~~ 1e-14. [isso ignora franjas e alinhamento]

Agora vamos calcular uma corrente de deslocamento (a corrente gerada ao carregar e descarregar, alterando o fluxo do campo elétrico), entre o controle remoto IR e o rádio AM.

Q = C * V; e nos diferenciamos para obter dQ / dT = dC / dT * V + C * dV / dT

agora assuma C constante (através do ar) e temos dQ / dT = C * dV / dT = corrente

Nossa corrente injetada (alterando o campo elétrico) é

I == 1e-14 Farad * 3 volts / 2 nanossegundos

I ~~ 1e-14 * 1 / nano == 1e-5 amp = 10 microAmps injetado no rádio AM

Suponha que a impedância do nó seja 1.000 ohms. Use a Lei de Ohms e você obtém

10uA * 1Kohm = 10 miliVolts.

E os circuitos sintonizados AM podem tocar, com esse impulso de 2 nanossegundos, ou um harmônico mais alto (por Bimpelrekkie) pode entrar pela antena.

================== Agora para acoplamento magnético ===========

As bordas de 2 nanossegundos são muito rápidas para que o efeito de pele nos planos de cobre cause alguma blindagem magnética e, portanto, atenuação da tensão induzida.

Assumiremos que NÃO há atenuação por aviões e apenas calcularemos a tensão induzida pelo pior caso nos circuitos de rádio AM.

Assim como no acoplamento Efield, assuma um espaçamento de 2 centímetros entre agressor e vítima. E suponha que a vítima (o rádio AM) tenha um laço de 2 cm por 2 mm. E assuma o alinhamento do pior caso.

A equação relevante (ignorando alguns termos do log natural para facilitar a matemática) é

Vinduce = [MUo * MUr * Area / (2 * pi * Distância)] * dI / dT

onde assumiremos dI / dT = 10 milliAmps / 2 nanoSegundos

Usando MUo = 4 * pi * 1e-7 Henry / metro e MUr = 1 (ar, cobre, FR-4, etc), temos

Vinduce = 2e-7 * Área / Distância * dI / dT

Vinduce = 2e-7 * (2cm * 2mm) / 2cm * 0.01amp / 2nanoSegundo

Vinduce = 2e-7 * 0,002 * 0,01 / 2nano

Vinduce = 2e-7 * 2e-3 * 1e-2 * 0,5 * 1e + 9

Vinduce (não tenho idéia de quão grande / pequeno será, até que a matemática esteja pronta)

= 4 * 0,5 * 1e (-7-3-2 + 9) = 2e (-12 + 9) = 2e-3 = 2 miliVolts de acoplamento magnético