Generazione di un segnale differenziale

Mi è stato assegnato un piccolo compito (in realtà fa parte di un compito molto più ampio) in cui il requisito è generare un segnale che sembra provenire da un microfono. È necessario mantenere i seguenti requisiti:

• 1.0Vpp
• Onda sinusoidale
• Differenziale

Ora queste sono in realtà due domande:

• Capisco che il segnale deve essere differenziale, quindi ho bisogno di due segnali ma devono essere simmetrici intorno a 0 V? Qual è l'output normale che fornisce un microfono qui. Altrimenti: potrei semplicemente usare una singola onda sinusoidale, moltiplicarla per due e l'ingresso al ricevitore sembrerebbe lo stesso?

• Qual è un modo economico per farlo? Capisco che potrei usare un microcontrollore e la sua funzione DAC per generare una bella onda sinusoidale. Tuttavia, come otterrei un segnale differenziale da quello. O c'è qualche IC che fa già quello che voglio?

Lo affronterei come due problemi, generando un'onda sinusoidale e creando un driver di linea bilanciato. Altre risposte hanno riguardato il generatore di onde sinusoidali, ed è una cosa facile da cercare, e non ho nulla da aggiungere lì. Tuttavia, dirò alcune cose sul driver della linea differenziale.

Come altri hanno già detto, il modo canonico per farlo è con un trasformatore. I trasformatori funzionano alla grande, ma sono grandi e costosi. Nelle applicazioni audio è necessario un trasformatore ancora più costoso per evitare l'introduzione di distorsioni inaccettabili. Tuttavia, se si desidera apparire esattamente come un microfono dinamico, questa è l'opzione migliore, poiché un trasformatore simula più delle proprietà degli avvolgimenti su un microfono dinamico rispetto a qualsiasi altro metodo.

Tuttavia, qualsiasi segnale audio bilanciato che ricevi da qualsiasi dispositivo moderno che viene alimentato probabilmente non avrà un trasformatore al giorno d'oggi, a causa dei costi. I microfoni alimentati (a condensatore) possono rientrare in questa categoria; i mixer e i preamplificatori quasi sicuramente lo fanno. Consiglio vivamente di leggere Progettazione di interfacce audio bilanciate ad alte prestazioni per un sondaggio sulle tecniche comuni e una spiegazione dettagliata delle preoccupazioni pertinenti. Vedi anche Trasmettitore bilanciato e Ricevitore II dallo stesso sito.

C'è una parte di quel successivo articolo in particolare che riassumo qui: L'importante è che l'impedenza di entrambe le linee sia la stessa, in modo che il rumore provochi la stessa tensione, in modo che possa essere rifiutato come modalità comune. Avere un segnale opposto sul lato negativo non ha alcuna importanza . In quell'articolo, c'è uno schema, nella sezione Ehi! Questo è barare :

Vedi l'articolo per una discussione dettagliata, ma puoi vedere chiaramente che il pin 3, il lato negativo del segnale, è solo una connessione a terra attraverso un resistore. A quanto pare, se si smontano molte apparecchiature audio professionali, questo è esattamente il tipo di driver di linea che usano. È perché presenta alcuni vantaggi:

• Semplice
• Facile da bilanciare
• Se il pin 3 è collegato a terra su un ingresso non bilanciato, non succede nulla di male

L'unica parte critica qui è assicurarsi che R2 e R3 siano esattamente uguali. Usa resistori dell'1% o migliori o bilanciali con un ponte di Wheatstone per il migliore rifiuto in modalità comune.

Se ho capito bene, vuoi un circuito che generi l'onda sinusoidale e ne fornisca anche due versioni a 180 gradi. Questo potrebbe essere facilmente ottenuto con un microcontrollore, come un dsPIC con doppio DAC a 16 bit con uscite differenziali su ciascun canale (come il dsPICfJ64GP802 - ecco il manuale della periferica DAC per esso), ecco un tipico circuito buffer differenziale guidato da uno dei canali:

Nessun microcontrollore

Ecco un'opzione non micro:

Questo combina un oscillatore a ponte di Wien (il fet può essere sostituito con una lampadina a incandescenza se lo si desidera) con un semplice buffer a transistor che riceve un'uscita dal collettore e dall'emettitore. Le guide sono +/- 12 V (possono essere progettate per un livello inferiore se necessario)

Simulazione:

Nota che quanto sopra sommerà a 2 V pk-pk quando arriva ovunque vada - puoi facilmente controllare l'ampiezza sostituendo R11 e R12 con un piatto.

Quando si dispone di un segnale asimmetrico e si desidera un segnale simmetrico (leggi: differenziale) e il segnale richiesto deve apparire come proveniente da un microfono (dinamico) (tranne che si desidera un livello superiore di 1 Vpkpk), il dispositivo scelto è un DI Box .

Questi contengono, nella loro versione passiva, un trasformatore di frequenza audio, e di solito c'è un tocco centrale sul lato di uscita che può essere collegato a GND con un interruttore se lo si desidera. Inoltre, esistono versioni attive che utilizzano OpAmps anziché un trasformatore. Questi utilizzano, semplificati, un buffer e un inverter. Il buffer crea il segnale in fase con la sorgente e l'inverter crea un segnale sfasato di 180 ° rispetto al segnale originale. Buffered and Inverted = Differential.

Di solito, il segnale differenziale è simmetrico intorno a 0 V. Il lato di uscita di un trasformatore è persino flottante fintanto che si lascia l'interruttore aperto (ovvero simmetrico rispetto al proprio valore medio), il che rappresenta un ulteriore vantaggio per evitare loop di massa.

Un trasformatore come suggerisce zebonaut produrrà sicuramente un bel segnale differenziale con un bonus di isolamento in modalità comune.

Un altro modo è quello di produrre due segnali in primo luogo. Dal momento che stai sintetizzando questo, non dovrebbe essere difficile da organizzare. Ad esempio, utilizzare due uscite PWM D / As o filtrate di un microcontrollore. Puoi garantire che la averag sia sempre la stessa abbastanza facile nel firmware. Questi due segnali avrebbero comunque un offset CC pari alla metà della tensione di alimentazione, ma questo è comune con i circuiti audio. Memorizzi i due segnali, quindi li accoppi ciascuno attraverso un cappuccio all'uscita. Mettere un resistore debole, come 10 kΩ a terra su ciascuna uscita per spostare la media a terra e far fuoriuscire qualsiasi carica statica che potrebbe accumularsi e lasciare che la tensione diventi troppo alta per i cappucci.

Aggiunto sul buffering

"Bufferare" un segnale di tensione generalmente significa mantenere la tensione pressoché uguale ma ridurre significativamente l'impedenza. Detto in altro modo, un segnale bufferizzato può generare molta più corrente rispetto alla sua versione senza buffer.

Un modo semplice per bufferizzare un segnale è con un opamp in modalità "follower tensione". Questo è solo un opamp con la sua uscita legata al suo input negativo. Qualunque cosa tu metta successivamente sull'ingresso positivo, viene mostrata sull'uscita, ma con la capacità di azionamento corrente dell'opamp.

Nel tuo caso, le uscite A / D o PWM filtrate saranno ad alta impedenza e non adatte per l'invio tramite cavo. Due opamp configurati come follower di tensione lo risolveranno.

Un semplice divisore di fase può essere realizzato da un singolo transistor con la stessa resistenza nei circuiti dell'emettitore (invertito) del collettore (non invertito). Il suo equilibrio è piuttosto buono ma dipende dall'hFE del transistor.

I valori dovrebbero essere abbastanza vicini per 5V. Verificare che Ve sia circa Vcc / 4 (che mette metà della tensione di alimentazione sul transistor) e regolare R3 o R4 se necessario.