низький рівень шуму, низьке спотворення аналогового мультиплексування

Я намагаюся створити низький рівень шуму, низьке спотворення, низьку вартість оп-підсилювача для мультиплексування аналогових (аудіо) сигналів. Досвід, дослідження та деякі експерименти вже привели мене до наступних компонентів у поєднанні з правильним джерелом низького рівня електроживлення:

• Подвійний низькошумовий підсилювач NE / SA5532A (лист даних)
• Аналоговий перемикач CMOS HEF4053B (таблиця даних)

Це питання по суті стосується інтеграції комутатора. Я знаю, що реле є альтернативою CMOS-комутаторам, але приблизно в 5 - 10 разів перевищують вартість, вони насправді не є варіантом у цій конструкції.

З'явилися тонкі запитання з розумними відповідями про схеми підсилювача з (змінним) змінним посиленням, наприклад, тут . Це питання не стосується цього питання, як підказує заголовок. Але потерпіть до мене і дозвольте мені детальніше розглянути це як вступ.

Розглянемо цю схему зі змінним коефіцієнтом посилення:

Положення вимикачів у цій схемі ідеально. Вони знаходяться на рівні землі, тому жодне зміщення не впливає на опір перемикача. В результаті в цьому положенні комутатори не створюють спотворень модуляції.

На шляху сигналу комутатори також знаходяться вдалині від чутливих вхідних штифтів підсилювача. Rin, Rf, Rg1 і Rg2 можуть бути розташовані дуже близько до вхідних штифтів. Якщо перемикач був би на вхідній стороні підсилювача, це було б неможливо.

Тепер до справжнього ядра мого питання. Ось 4 різні можливі конфігурації мультиплексування вхідних даних, і жодна з них не наближається до ідеальної конфігурації вище рішення змінного посилення.

Схема навколо U3 існує для повноти, але вона найменш розумна.

У ланцюгах навколо U2 та U4 вимикачі бачать змінний рівень напруги, що призведе до спотворення модуляції.

Схема навколо U1 має вимикачі на віртуальній землі, але положення їх також знаходиться на інвертувальному вхідному штирі. Я реалізував це раніше і з досвіду, цей макет призводить до високої чутливості до шуму. Я говорю не про властивий шуму ланцюга, а про шум від навколишньої електроніки.

Моє запитання: чи хтось має досвід найкращих компромісів, чи можна запропонувати будь-які хитрощі, які можуть обійти недоліки, підсумовані тут, або можна запропонувати розумну, іншу схему, яка досягає тієї ж мети.

редагувати

У відповідях та коментарях було зачеплено декілька аспектів основного питання. По суті, я розпитував про найкращу топологію, і вона рухалася у бік властивостей комутатора (на опір, он-лайн лінійність, не ємність) та побічних ефектів конфігурації змішування (заряджання вузла, що призводить до сплеску при перемиканні), перехресні переговори,. ..

Я добре знаю всі ці проблеми, і, можливо, я спростив це питання на користь ясності та зосередженості.

Енді ака підніс цінні міркування щодо того, що я буду продовжувати далі, але запропоноване рішення саме так, як я робив у минулому, з меншим успіхом, ніж я сподівався.

τεκ підняв просту, але цікаву альтернативу, яку я також розглядаю.

Мій проміжний висновок полягає в тому, що я спробую отримати власну аудіокнигу Douglas Self. Я буду перекопуватися у властивості комутаторів та FET та намагатись імітувати їх вплив у різних топологіях. Це може призвести до нових розумінь, і я звітую. Я нарешті буду прототипувати різні рішення врешті-решт. Отже, це може зайняти деякий час, але я повернусь з новими поглядами і звіт.

Альтернатива:

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Недоліки:

• Вхід просочується на основі співвідношення опору до Rg
• Вимкнена ємність може спричинити спотворення частоти у відповідь

Переваги:

• Увімкнення лінійної лінійки не важливо.
• Опір вимкнення, як правило, настільки високе, що його можна ігнорувати.
• Якщо напруга на вході є досить низьким, перемикач може бути єдиним MOSFET.

Один з аспектів, які ви не розглядали, - це те, що з інвертуючим змішувачем вузол перемішування є віртуальною землею, отже, ви "змішуєте" вхідні струми і поточний струм кожного входу "опускається" у віртуальну землю. Це забезпечує одну головну перевагу: -

Very little cross talk between one input signal and another.

$^1$

У такому змішувачі вузол перемішування сильно страждає від усіх входів, які підключаються до нього, тому я б пішов на схему, яка використовує U1. Так, у мішальному вузлі буде більше ємності до заземлення, і це спричинить шум високої частоти, але так буде мати купу входів, і це проблема, з якою стикаються всі аналогові змішувачі, тож виберіть підсилювач із низьким вхідним шумом щільність напруги і будьте готові додати паралельний конденсатор через Rf.

Ви також повинні пам’ятати, що на високих частотах звуку аналогові вимикачі не є ланцюгами відкритого типу, і якийсь шум високого спектра від входу, який вважається вимкненим, все ще може бути почутий.

$^1$

Зробивши симуляції, я фактично розробив, побудував і налаштував рішення τεκ з дуже хорошими результатами:

NE5532 - це фактичний операційний апарат, який я використовував. Не заважайте FET схематично. Я протестував з кількома FET-діапазонами, починаючи від Rdson = 40 мОм до 10 мОм, і перехресні розмови прийнятні лише для 10 мОм FET. Однак їх легко знайти. Майте на увазі, що вони повинні бути повністю відкритими з 4,5 В, оскільки я хочу контролювати це від µC з толерантними 5В виводами з відкритим колектором.

Ця конструкція є співвідношенням шуму та перехресних розмов. резистори мають масштаб одночасно, і це R13 і R16 порівняно з Rdson, що визначає перехресну розмову (протікання), тоді як R13, R15, R16, R18 визначають тепловий шум. Зміна від 1 к Ом до 2 К Ом добре чутна.

Це, очевидно, не може працювати в системах, пов'язаних з постійним струмом, усе є упередженим в середині залізниці у функції FET.

Дуже важлива розв'язка середньої рейки вкрай важлива для того, щоб не мати впливу навколишніх контурів.

Але наведена вище схема з усіма налаштуваннями мультиплексів без чутних спотворень, з абсолютно мінімальним рівнем шуму та перехресних розмов.

Якщо хтось задається питанням, R14 та R17 є для того, щоб визначити напругу при зливі ПНТ. В іншому випадку ця напруга залежатиме від витоку конденсаторів зв'язку.

Майте на увазі, що ця версія мультиплексора має один головний недолік, який важко вирішити: вихід виходить надзвичайно при закритті будь-якого із FET. Це відбувається тому, що зміщення постійного струму порушується, потягнувши стік FET на землю. Це переходить через кришки зчеплення, перш ніж досягти нової рівноваги. Але це не проблема в моїй програмі, оскільки виходи будуть цифрово відключені під час комутації мультиплексорів.

За ціною я не можу уявити, що є кращі альтернативи, недоліки керовані, а шум і звук - найвищий рівень.