Warum haben viele DACs einen Differenzausgang?

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Viele DACs wie PCM1794 (Stromausgang) und PCM1793 (Spannungsausgang) haben einen Differenzausgang. Was sind die Vorteile davon, abgesehen von einer einfachen Möglichkeit, das Ausgangssignal über einen Differenzverstärker in erdbezogenen AC umzuwandeln.

dac

— e_asphyx
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Für Hochfrequenz-DACs können Sie einen Transformator mit Mittenabgriff betreiben.

— Spehro Pefhany

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Weil Differenzsignale viel weniger empfindlich gegenüber externen Störungen wie kleinen Spannungsunterschieden zwischen den Erdungen sind. So ist es viel einfacher, das Signal zu einem anderen Stromkreis (der sich möglicherweise auf einer anderen Masse befindet) zu leiten, während es rausch- und störungsfrei bleibt. Und wenn Sie trotzdem ein Single-Ended-Signal wünschen, verwenden Sie einfach einen Ausgang.

— Bimpelrekkie

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Andere Pins auf demselben Chip führen Logikpegelsignale, die messbare Ströme in die Eingangsimpedanzen dieser Pins sowie weitere Schaltaktivitäten innerhalb des DAC verursachen.

Diese Ströme verursachen Spannungsabfälle an den GND-Bonddrähten.

Wenn es sich um einen hochauflösenden DAC handelt (über 16 Bit), können diese Spannungsabfälle mit dem analogen Ausgangssignal vergleichbar sein und sind erheblich größer als das Ausgangssignal, wenn Sie 20 Bit erreichen.

Denken Sie daran, dass die digitalen Eingangssignale eine millionenfach größere Amplitude (für einen 20-Bit-ADC) mit schnellen Schaltflanken und in unmittelbarer Nähe zum analogen Ausgang und zur Masse haben.

Durch die Trennung von analoger und digitaler Erdung kann die Verschmutzung der analogen Erdung minimiert werden. Trotzdem werden sie irgendwann verbunden, und ohne besondere Sorgfalt tritt eine gewisse Kopplung zwischen ihnen auf.

Das Bereitstellen von echten und invertierten analogen Ausgängen ist relativ billig und einfach. Sie enthalten beide dieses Rauschen, da sie beide auf dieselbe analoge Masse bezogen sind. Es handelt sich jedoch um Gleichtaktrauschen, das es einem Differenzverstärker ermöglicht, dieses Rauschen an einem Ort zu beseitigen, der relativ weit vom DAC selbst entfernt ist.

— Brian Drummond
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Differenzsignale haben eine Reihe von Vorteilen:

Eine Spannung ist immer eine Differenz zwischen zwei Signalen. Für ein Differenzsignal ist die Impedanz für beide Ausgänge gleich, im Gegensatz zu einem Single-Ended-Signal, bei dem "Masse" normalerweise die niedrigere Impedanz hat. Für einen Differenzausgang würde ein Interferer an beiden Ausgängen die gleiche Impedanz sehen, und daher wäre das Ergebnis ein Gleichtaktsignal, das zurückgewiesen werden könnte.
Ein Differenzsignal hat den doppelten Signalhub, da sich beide Ausgänge bewegen können. Dies ergibt die vierfache Signalleistung bei nur der doppelten Rauschleistung. Dies ist wichtig für ICs, bei denen die Versorgungsspannung häufig durch die Technologie begrenzt ist.
Differentialausgänge erzeugen aufgrund ihrer inhärenten Symmetrie keine Harmonischen gleichmäßiger Ordnung.
Integrierte Schaltungen verwenden aus ähnlichen Gründen häufig intern eine Differentialstruktur. Ein Differenzausgang ist daher eine natürliche Erweiterung dieses Konzepts.

— Mario
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