Ich versuche, eine rauscharme, verzerrungsarme und kostengünstige Operationsverstärkerschaltung zum Multiplexen von analogen (Audio-) Signalen zu entwickeln. Erfahrung, Forschung und einige Experimente haben mich bereits zu folgenden Komponenten in Kombination mit einer geeigneten rauscharmen Stromversorgung geführt:
- NE / SA5532A Dualer rauscharmer Operationsverstärker (Datenblatt)
- Analoger CMOS-Schalter HEF4053B (Datenblatt)
Bei dieser Frage geht es im Wesentlichen um die Integration des Schalters. Ich weiß, dass Relais eine Alternative zu CMOS-Schaltern sind, aber bei ungefähr dem 5- bis 10-fachen der Kosten sind sie in diesem Design keine Option.
Es gab feine Fragen mit vernünftigen Antworten zu Operationsverstärkerschaltungen mit (umschaltbarer) variabler Verstärkung, z . B. hier . Bei dieser Frage geht es nicht um dieses Problem, wie der Titel schon sagt. Aber nehmen Sie mich mit und lassen Sie mich dies als Einführung näher erläutern.
Betrachten Sie diese Schaltung mit variabler Verstärkung:
Die Position der Schalter in dieser Schaltung ist perfekt. Sie befinden sich in Bodennähe, sodass kein Offset den Schaltwiderstand beeinflusst. Infolgedessen erzeugen die Schalter in dieser Position keine Modulationsverzerrung.
Im Signalpfad sind die Schalter auch von den empfindlichen Operationsverstärker-Eingangspins entfernt. Rin, Rf, Rg1 und Rg2 können sich alle sehr nahe an den Eingangspins befinden. Wenn sich der Schalter auf der Eingangsseite des Operationsverstärkers befindet, ist dies nicht möglich.
Nun zum eigentlichen Kern meiner Frage. Hier sind 4 verschiedene mögliche Konfigurationen des Eingangsmultiplexens, von denen keine der idealen Konfiguration über der Lösung mit variabler Verstärkung nahe kommt.
Die Schaltung um U3 ist der Vollständigkeit halber da, aber am wenigsten sinnvoll.
In den Schaltkreisen um U2 und U4 sehen die Schalter einen variablen Spannungspegel und dies führt zu Modulationsverzerrungen.
Die Schaltung um U1 hat die Schalter an virtueller Masse, aber ihre Position befindet sich auch am invertierenden Eingangspin. Ich habe dies in der Vergangenheit implementiert und aus Erfahrung führt dieses Layout zu einer hohen Rauschempfindlichkeit. Ich spreche nicht von inhärentem Rauschen der Schaltung, sondern von Rauschen der umgebenden Elektronik.
Meine Frage ist, ob jemand Erfahrung mit dem besten Kompromiss hat, der gemacht werden kann, oder ob er irgendwelche Tricks vorschlagen kann, die die hier zusammengefassten Nachteile umgehen können, oder ob er einen cleveren, anderen Schaltplan vorschlagen kann, der das gleiche Ziel erreicht.
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In den Antworten und Kommentaren wurden verschiedene Aspekte des Hauptthemas angesprochen. Im Wesentlichen habe ich nach der besten Topologie gefragt, und sie hat sich in Richtung Schaltereigenschaften (Einschaltwiderstand, Einlinearität, Ausschaltkapazität) und Nebenwirkungen der Mischkonfiguration (Knotenladung, die beim Schalten zu Plops führt), Übersprechen, verschoben. ..
Ich bin mir all dieser Probleme bewusst und habe die Frage möglicherweise zu stark vereinfacht, um Klarheit und Konzentration zu erreichen.
Andy aka hat wertvolle Überlegungen angestellt, die ich weiter verfolgen werde, aber die vorgeschlagene Lösung ist genau so, wie ich es in der Vergangenheit getan habe, mit weniger Erfolg als ich gehofft hatte.
τεκ hat eine einfache, aber interessante Alternative angesprochen, die ich auch untersuchen werde.
Meine Zwischenschlussfolgerung ist, dass ich versuchen werde, das Hörbuch von Douglas Self zu bekommen. Ich werde mich mit Switch- und FET-Eigenschaften befassen und versuchen, deren Wirkung in den verschiedenen Topologien zu simulieren. Das könnte zu neuen Erkenntnissen führen und ich werde darüber berichten. Ich werde am Ende definitiv verschiedene Lösungen prototypisieren. Es kann also einige Zeit dauern, aber ich werde mit neuen Erkenntnissen zurückkommen und darüber berichten.
