Differenzsignal erzeugen

Ich erhielt eine kleine Aufgabe (eigentlich ist sie Teil einer viel größeren Aufgabe), bei der ein Signal erzeugt werden muss, das aussieht, als stamme es von einem Mikrofon. Folgende Anforderungen müssen eingehalten werden:

• 1,0 Vpp
• Sinus
• Differential

Das sind eigentlich zwei Fragen:

• Ich verstehe, dass das Signal differentiell sein muss, also brauche ich zwei Signale, aber müssen diese beiden um 0 V symmetrisch sein? Was ist die normale Ausgabe, die ein Mikrofon hier gibt. Ansonsten: Könnte ich einfach eine einzelne Sinuswelle verwenden, sie mit zwei multiplizieren und der Eingang zum Empfänger würde gleich aussehen?

• Was ist ein billiger Weg, wie ich das tun könnte? Ich verstehe, dass ich einen Mikrocontroller und seine DAC-Funktion verwenden könnte, um eine schöne Sinuswelle zu erzeugen. Doch wie würde ich daraus ein Differenzsignal erhalten? Oder gibt es einen IC, der schon macht, was ich will?

Ich würde dies als zwei Probleme betrachten, eine Sinuswelle erzeugen und einen symmetrischen Leitungstreiber herstellen. Andere Antworten betrafen den Sinusgenerator, und es ist leicht zu recherchieren, und ich habe dort nichts hinzuzufügen. Ich werde jedoch einige Dinge über den Differentialleitungstreiber sagen.

Wie einige andere gesagt haben, ist der kanonische Weg, dies zu tun, ein Transformator. Transformatoren funktionieren hervorragend, sind aber groß und teuer. In Audioanwendungen benötigen Sie einen noch teureren Transformator, um unannehmbare Verzerrungen zu vermeiden. Wenn Sie jedoch genau wie ein dynamisches Mikrofon aussehen möchten, ist dies die beste Option, da ein Transformator mehr Eigenschaften der Wicklungen eines dynamischen Mikrofons simuliert als jede andere Methode.

Allerdings wird jedes symmetrische Audiosignal, das Sie von einem modernen Gerät erhalten, das mit Strom versorgt wird, heutzutage aus Kostengründen wahrscheinlich keinen Transformator haben. Angetriebene (Kondensator-) Mikrofone können in diese Kategorie fallen. Mischpulte und Vorverstärker tun dies mit ziemlicher Sicherheit. Ich empfehle Ihnen dringend, Design of High-Performance Balanced Audio Interfaces zu lesen, um einen Überblick über gängige Techniken und eine detaillierte Erläuterung der relevanten Probleme zu erhalten. Siehe auch Symmetrischer Sender und Empfänger II von derselben Site.

Es gibt einen Teil dieses späteren Artikels, den ich hier zusammenfassen werde: Wichtig ist, dass die Impedanz beider Leitungen gleich ist, so dass Rauschen zur gleichen Spannung führt und als Gleichtaktmodus zurückgewiesen werden kann. Ein entgegengesetztes Signal auf der negativen Seite zu haben, spielt überhaupt keine Rolle . In diesem Artikel gibt es einen Schaltplan unter dem Abschnitt Hey! Das ist Betrug :

Ausführliche Informationen finden Sie im Artikel. Sie können jedoch deutlich erkennen, dass Pin 3, die negative Seite des Signals, nur eine Verbindung zur Masse über einen Widerstand darstellt. Wie sich herausstellt, ist dies genau die Art von Leitungstreiber, die sie verwenden, wenn Sie viele professionelle Audiogeräte zerlegen. Das liegt daran, dass es einige Vorteile hat:

• Einfach
• Leicht zu balancieren
• Wenn Pin 3 an einem unsymmetrischen Eingang mit Masse verbunden ist, passiert nichts Schlimmes

Der einzige kritische Teil hier ist sicherzustellen, dass R2 und R3 genau gleich sind. Verwenden Sie 1% oder bessere Widerstände oder gleichen Sie sie mit einer Wheatstone-Brücke aus, um die beste Gleichtaktunterdrückung zu erzielen.

Wenn ich das richtig verstehe, möchten Sie eine Schaltung, die die Sinuswelle erzeugt und auch zwei Versionen davon in einem Abstand von 180 Grad bereitstellt. Dies könnte leicht mit einem Mikrocontroller erreicht werden, wie einem dsPIC mit zwei 16-Bit-DACs mit Differenzausgängen auf jedem Kanal (wie dem dsPICfJ64GP802 - hier ist das DAC-Peripheriehandbuch dafür), hier ist eine typische Differenzpufferschaltung, die von einem angesteuert wird der Kanäle:

Kein Mikrocontroller

Hier ist eine Nicht-Mikro-Option:

Dies kombiniert einen Wien-Brückenoszillator (der Fet kann auf Wunsch durch eine Glühlampe ersetzt werden) mit einem einfachen Transistorpuffer, der einen Ausgang vom Kollektor und Emitter erhält. Schienen sind +/- 12V (können bei Bedarf für niedrigere ausgelegt werden)

Simulation:

Beachten Sie, dass sich die oben genannten Werte auf 2 V pk-pk summieren, wenn sie überall ankommen. Sie können die Amplitude einfach steuern, indem Sie R11 und R12 durch einen Topf ersetzen.

Wenn Sie ein asymmetrisches Signal haben und ein symmetrisches (read: differentielles) Signal wünschen und Ihr gewünschtes Signal so aussehen sollte, als ob es von einem (dynamischen) Mikrofon stammt (außer Sie möchten einen höheren Pegel von 1 Vpkpk), ist das Gerät Ihrer Wahl ein DI Box .

Diese enthalten in ihrer passiven Version einen Audiofrequenztransformator, und auf der Ausgangsseite befindet sich normalerweise ein Mittelabgriff, der bei Bedarf mit einem Schalter an GND angeschlossen werden kann. Es gibt auch aktive Versionen, die OpAmps anstelle eines Transformators verwenden. Diese verwenden vereinfacht einen Puffer und einen Wechselrichter. Der Puffer erzeugt das Signal in Phase mit Ihrer Quelle, und der Wechselrichter erzeugt das Signal, das gegenüber dem ursprünglichen Signal um 180 ° phasenverschoben ist. Gepuffert und invertiert = Differential.

Normalerweise ist Ihr Differenzsignal um 0 V symmetrisch. Die Ausgangsseite eines Transformators schwebt sogar so lange, wie Sie den Schalter offen lassen (dh symmetrisch zu nichts als seinem eigenen Mittelwert). Dies ist ein zusätzlicher Vorteil, um Erdschleifen zu vermeiden.

Ein Transformator, wie Zebonaut vorschlägt, erzeugt mit Sicherheit ein schönes Differenzsignal mit einem Bonus auf Gleichtaktisolation.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, zunächst zwei Signale zu erzeugen. Da Sie dies synthetisieren, sollte das nicht schwer zu arrangieren sein. Verwenden Sie beispielsweise zwei D / As- oder gefilterte PWM-Ausgänge eines Mikrocontrollers. Sie können garantieren, dass der Durchschnitt in der Firmware immer gleich ist. Diese beiden Signale hätten immer noch einen Gleichstromversatz von der Hälfte der Versorgungsspannung, aber das ist bei Audiokreisen üblich. Sie puffern die beiden Signale und koppeln sie dann jeweils durch eine Kappe an den Ausgang. Legen Sie an jedem Ausgang einen schwachen Widerstand wie 10 kΩ gegen Masse, um den Durchschnitt gegen Masse zu verschieben und statische Aufladung abzuleiten, die sich möglicherweise ansammelt, und lassen Sie die Spannung zu hoch werden, als dass die Kappen halten könnten.

Über Pufferung hinzugefügt

"Puffern" eines Spannungssignals bedeutet im Allgemeinen, die Spannung ungefähr gleich zu halten, aber die Impedanz signifikant zu senken. Anders ausgedrückt, ein gepuffertes Signal kann viel mehr Strom liefern als seine ungepufferte Version.

Eine einfache Möglichkeit, ein Signal zu puffern, besteht darin, einen Operationsverstärker im "Spannungsfolger" -Modus zu verwenden. Dies ist nur ein Operationsverstärker, dessen Ausgang an seinen negativen Eingang gebunden ist. Was auch immer Sie dann auf den positiven Eingang legen, wird am Ausgang angezeigt, jedoch mit der aktuellen Laufwerksfähigkeit des Operationsverstärkers.

In Ihrem Fall sind die A / D- oder gefilterten PWM-Ausgänge hochohmig und nicht zum Senden über ein Kabel geeignet. Zwei als Spannungsfolger konfigurierte Operationsverstärker beheben dies.

Ein einfacher Phasenteiler kann aus einem einzelnen Transistor mit dem gleichen Widerstand in den Kollektorschaltungen (invertiert) (nicht invertiert) hergestellt werden. Das Gleichgewicht ist ziemlich gut, hängt jedoch vom hFE des Transistors ab.

Die Werte sollten nahe genug für 5 V sein. Überprüfen Sie, ob Ve ungefähr Vcc / 4 ist (wodurch die Hälfte der Versorgungsspannung über den Transistor gelegt wird), und stellen Sie gegebenenfalls R3 oder R4 ein.