tiếng ồn thấp, ghép kênh tương tự méo thấp

Tôi đang cố gắng thiết kế một mạch op-amp có độ ồn thấp, độ méo thấp, chi phí thấp để ghép tín hiệu analog (âm thanh). Kinh nghiệm, nghiên cứu và một số thử nghiệm đã đưa tôi đến các thành phần sau đây kết hợp với nguồn cung cấp năng lượng tiếng ồn thấp thích hợp:

• NE / SA5532A op-amp kép tiếng ồn thấp (biểu dữ liệu)
• Bộ chuyển đổi tương tự CMOS HEF4053B (biểu dữ liệu)

Câu hỏi này về bản chất là tích hợp công tắc. Tôi biết rằng rơle là một giải pháp thay thế cho các công tắc CMOS, nhưng với chi phí gấp khoảng 5 đến 10 lần thì chúng không thực sự là một lựa chọn trong thiết kế này.

Đã có những câu hỏi hay với câu trả lời hợp lý về các mạch op-amp với mức tăng biến (có thể chuyển đổi), ví dụ ở đây . Câu hỏi này không phải là về vấn đề này, như tiêu đề cho thấy. Nhưng hãy chịu đựng tôi và để tôi giải thích về nó như một lời giới thiệu.

Xem xét mạch này với mức tăng thay đổi:

Vị trí của các công tắc trong mạch này là hoàn hảo. Chúng ở trên mặt đất, vì vậy không có bù ảnh hưởng đến điện trở chuyển đổi. Kết quả là, ở vị trí này, các công tắc không tạo ra biến dạng điều chế.

Trong đường dẫn tín hiệu, các công tắc cũng cách xa các chân đầu vào op-amp nhạy cảm. Rin, Rf, Rg1 và Rg2 đều có thể được đặt rất gần với các chân đầu vào. Nếu công tắc sẽ ở phía đầu vào op-amp, điều này sẽ không thể thực hiện được.

Bây giờ đến cốt lõi thực sự của câu hỏi của tôi. Dưới đây là 4 cấu hình khác nhau có thể của ghép kênh đầu vào và không có cấu hình nào gần với cấu hình lý tưởng ở trên của giải pháp khuếch đại biến.

Mạch xung quanh U3 là có sự hoàn chỉnh, nhưng nó ít nhạy cảm nhất.

Trong các mạch xung quanh U2 và U4, các công tắc nhìn thấy một mức điện áp thay đổi và điều đó sẽ dẫn đến biến dạng điều chế.

Mạch xung quanh U1 có các công tắc ở mặt đất ảo, nhưng vị trí của chúng cũng nằm ở chân đầu vào đảo ngược. Tôi đã thực hiện điều này trong quá khứ và từ kinh nghiệm, bố cục này dẫn đến độ nhạy tiếng ồn cao. Tôi không nói về tiếng ồn vốn có của mạch, mà là tiếng ồn từ các thiết bị điện tử xung quanh.

Câu hỏi của tôi là nếu bất cứ ai có kinh nghiệm với sự đánh đổi tốt nhất có thể được thực hiện, hoặc có thể đề xuất bất kỳ thủ thuật nào có thể tránh được những bất lợi được tóm tắt ở đây, hoặc có thể đề xuất một sơ đồ thông minh, khác biệt đạt được cùng một mục tiêu.

biên tập

Trong các câu trả lời và ý kiến, một số khía cạnh của vấn đề chính đã được chạm vào. Về bản chất, tôi đã hỏi về cấu trúc liên kết tốt nhất và nó đã chuyển sang các thuộc tính chuyển đổi (trên điện trở, tuyến tính, điện dung tắt) và các tác dụng phụ của cấu hình trộn (sạc nút dẫn đến plops khi chuyển đổi), nhiễu xuyên âm ,. ..

Tôi nhận thức rõ về tất cả những vấn đề này và tôi có thể đã quá đơn giản hóa câu hỏi theo hướng có lợi cho sự rõ ràng và tập trung.

Andy aka đã đưa ra những cân nhắc có giá trị mà tôi sẽ theo đuổi hơn nữa, nhưng giải pháp được đề xuất là chính xác như tôi đã làm trong quá khứ, với ít thành công hơn tôi mong đợi.

đưa ra một thay thế đơn giản nhưng thú vị mà tôi cũng sẽ xem xét.

Kết luận trung gian của tôi là tôi sẽ cố gắng giữ cuốn sách âm thanh Douglas Self. Tôi sẽ đào sâu vào các thuộc tính của switch và FET và cố gắng mô phỏng hiệu ứng của chúng trong các cấu trúc liên kết khác nhau. Điều đó có thể dẫn đến những hiểu biết mới và tôi sẽ báo cáo lại. Cuối cùng tôi sẽ tạo ra các giải pháp khác nhau. Vì vậy, có thể mất một chút thời gian, nhưng tôi sẽ quay lại với những hiểu biết mới và báo cáo lại.

Thay thế:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Nhược điểm:

• Đầu vào rò rỉ thông qua dựa trên tỷ lệ kháng với Rg
• Điện dung ngoài trạng thái có thể gây biến dạng đáp ứng tần số

Ưu điểm:

• Chuyển tuyến tính trạng thái không quan trọng.
• Tắt điện trở trạng thái thường là rất cao, nó có thể được bỏ qua.
• Nếu điện áp đầu vào đủ thấp, công tắc có thể là một MOSFET đơn.

Một khía cạnh bạn chưa từng cân nhắc là với một bộ trộn đảo ngược, nút trộn là một trái đất ảo do đó, bạn "trộn" các dòng đầu vào và mỗi dòng "chìm" hiện tại vào một trái đất ảo. Điều này cung cấp một lợi ích chính: -

Very little cross talk between one input signal and another.

$^1$

Trong một bộ trộn như thế này, nút trộn chịu rất nhiều từ tất cả các đầu vào được kết nối với nó vì vậy tôi sẽ sử dụng mạch sử dụng U1. Có, sẽ có nhiều điện dung hơn để chạm vào nút trộn và điều này sẽ gây ra nhiễu tần số cao nhưng do đó sẽ có một loạt các đầu vào và đó là vấn đề mà tất cả các bộ trộn anlo phải đối mặt, vì vậy, hãy chọn một op-amp có độ nhiễu đầu vào thấp mật độ điện áp và được chuẩn bị để thêm một tụ điện song song trên Rf.

Bạn cũng phải nhớ rằng ở tần số âm thanh cao, các công tắc tương tự không phải là mạch mở và một số nhiễu phổ cao từ đầu vào được coi là tắt - vẫn có thể nghe thấy.

$^1$

Sau khi thực hiện một số mô phỏng tôi thực sự đã xây dựng, xây dựng và điều chỉnh giải pháp của nó với kết quả rất tốt:

NE5532 là opamp thực tế tôi đã sử dụng. Đừng bận tâm đến FET trong sơ đồ. Tôi đã thử nghiệm với một số FET khác nhau, từ Rdson = 40 mOhm đến 10 mOhm và nhiễu xuyên âm chỉ được chấp nhận trong 10 mOhm FET. Đó là những dễ dàng để tìm thấy mặc dù. Lưu ý rằng họ cần phải mở hoàn toàn với 4.5V vì tôi muốn điều khiển điều này từ một chiếcC với các đầu ra bộ thu mở chịu được 5V.

Thiết kế này là một sự tương xứng giữa tiếng ồn và nhiễu xuyên âm. tất cả các điện trở đều có tỷ lệ đồng thời và R13 và R16 so với Rdson xác định nhiễu xuyên âm (rò rỉ) trong khi đó cũng là R13, R15, R16, R18 xác định nhiễu nhiệt. Sự thay đổi từ 1k ohm thành 2k ohm rõ ràng là có thể nghe được.

Điều này rõ ràng không thể làm việc cho các hệ thống kết hợp DC, mọi thứ đều sai lệch giữa đường ray trong chức năng của FET.

Việc tách lớp giữa đường ray rất tốt là cực kỳ quan trọng để không có ảnh hưởng từ các mạch xung quanh.

Nhưng sơ đồ trên với tất cả các bộ ghép kênh điều chỉnh mà không có bất kỳ biến dạng âm thanh nào, với nhiễu và nhiễu xuyên âm hoàn toàn tối thiểu.

Trong trường hợp bất cứ ai thắc mắc, R14 và R17 đều ở đó để xác định điện áp tại cống của FET. Nếu không, điện áp này sẽ phụ thuộc vào rò rỉ của các tụ điện ghép.

Xin lưu ý rằng phiên bản ghép kênh này có một nhược điểm lớn rất khó giải quyết: đầu ra rất lớn khi đóng bất kỳ FET nào. Điều này là do sai lệch DC bị xáo trộn bằng cách kéo cống FET xuống đất. Điều này chuyển qua các nắp khớp nối trước khi đạt đến trạng thái cân bằng mới. Nhưng đó không phải là vấn đề trong ứng dụng của tôi vì các đầu ra sẽ được tắt tiếng một cách nhanh chóng trong quá trình chuyển đổi bộ ghép kênh.

Về giá cả, tôi không thể tưởng tượng được có những lựa chọn thay thế tốt hơn, những nhược điểm có thể quản lý được, trong khi tiếng ồn và âm thanh là đỉnh cao.