Generación de una señal diferencial

Question

Me dieron una pequeña tarea (en realidad es parte de una tarea mucho más grande) en la que el requisito es generar una señal que parezca provenir de un micrófono. Es necesario mantener los siguientes requisitos:

• 1,0Vpp
• Onda sinusoidal
• Diferencial

En realidad son dos preguntas:

• Entiendo que la señal tiene que ser diferencial, por lo que necesito dos señales, pero ¿estas dos deben ser simétricas alrededor de 0V? Cuál es la salida normal que da un micrófono aquí. Si no es así: ¿Podría usar una sola onda sinusoidal, multiplicarla por dos y la entrada al receptor quedaría igual?

• ¿Cuál es la forma más barata de hacerlo? Entiendo que podría utilizar un microcontrolador y su función DAC para generar una bonita onda sinusoidal. Sin embargo, ¿cómo podría obtener una señal diferencial de eso. ¿O hay algún circuito integrado que ya haga lo que quiero?

Answer 1

Yo lo enfocaría como dos problemas, generar una onda sinusoidal, y hacer un conductor de línea equilibrado. Otras respuestas han cubierto el generador de onda sinusoidal, y es una cosa fácil de investigar, y no tengo nada que añadir allí. Sin embargo, voy a decir algunas cosas sobre el conductor de línea diferencial.

Como han dicho otros, la forma canónica de hacerlo es con un transformador. Los transformadores funcionan muy bien, pero son grandes y caros. En aplicaciones de audio necesitarás un transformador aún más caro para no introducir una distorsión inaceptable. Sin embargo, si quieres que se parezca exactamente a un micrófono dinámico, ésta es tu mejor opción, ya que un transformador simula más las propiedades de las bobinas de un micrófono dinámico que cualquier otro método.

Sin embargo, cualquier señal de audio balanceada que obtenga de cualquier dispositivo moderno que esté alimentado probablemente no tendrá un transformador en estos días, debido al costo. Los micrófonos alimentados (de condensador) pueden entrar en esta categoría; las mesas de mezclas y los preamplificadores casi seguro que sí. Te recomiendo que leas Diseño de interfaces de audio balanceadas de alto rendimiento para ver un estudio de las técnicas más comunes y una explicación detallada de los problemas pertinentes. Véase también Transmisor y receptor equilibrado II del mismo sitio.

Hay una parte de ese artículo posterior en particular que resumiré aquí: Lo importante es que la impedancia de ambas líneas sea la misma, para que el ruido dé lugar a la misma tensión, de modo que pueda ser rechazado como modo común. Tener una señal opuesta en el lado negativo no importa en absoluto . En ese artículo, hay un esquema, en la sección ¡Oye! Eso es hacer trampa :

Consulta el artículo para una discusión detallada, pero puedes ver claramente que el pin 3, el lado negativo de la señal, es sólo una conexión a tierra a través de una resistencia. Resulta que si desmontas muchos equipos de audio profesionales, este es precisamente el tipo de driver de línea que utilizan. Y es que tiene bastantes ventajas:

• Simple
• Fácil de equilibrar
• Si el pin 3 está conectado a tierra en una entrada no balanceada, no ocurre nada malo

La única parte crítica aquí es asegurarse de que R2 y R3 son exactamente iguales. Utiliza resistencias del 1% o mejores, o equilíbralas con un puente de Wheatstone para conseguir el mejor rechazo en modo común.

Answer 2

Si lo he entendido bien, quieres un circuito que genere la onda sinusoidal y además proporcione dos versiones de la misma separadas 180 grados. Esto podría lograrse fácilmente con un microcontrolador, como un dsPIC con doble DAC de 16 bits con salidas diferenciales en cada canal (como el dsPICfJ64GP802 - aquí está el Manual del periférico DAC para ello), he aquí un típico circuito de búfer diferencial accionado desde uno de los canales:

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Sin microcontrolador

Aquí hay una opción no micro:

Combina un oscilador de puente de Wien (el fet puede sustituirse por una bombilla incandescente si se desea) con un simple buffer de transistores que toma una salida del colector y del emisor. Los raíles son de +/- 12V (se puede diseñar para más bajos si es necesario)

Simulación:

Ten en cuenta que lo anterior sumará 2V pk-pk cuando llegue a donde sea que vaya - puedes controlar fácilmente la amplitud reemplazando R11 y R12 con un pote.

Answer 3

Cuando tienes una señal asimétrica y quieres una señal simétrica (léase: diferencial), y tu señal requerida debe parecerse a la de un micrófono (dinámico) (excepto que quieres un nivel más alto de 1 Vpkpk), el dispositivo de elección es un Caja DI .

Estos contienen, en su versión pasiva, un transformador de audiofrecuencia, y suele haber una toma central en el lado de salida que puede conectarse a GND con un interruptor si se desea. También hay versiones activas, que utilizan OpAmps en lugar de un transformador. Éstas utilizan, de forma simplificada, un buffer y un inversor. El buffer crea la señal en fase con su fuente, y el inversor crea la señal que está 180° fuera de fase comparada con la señal original. Buffer e inversor = diferencial.

Por lo general, su señal diferencial es simétrica en torno a 0 V. El lado de salida de un transformador es incluso flotante siempre que deje el interruptor abierto (es decir, simétrico a nada que su propio valor medio), lo cual es una ventaja añadida para evitar los bucles de tierra.

Answer 4

Un transformador, como sugiere zebonaut, producirá sin duda una buena señal diferencial con un plus de aislamiento en modo común.

Otra forma es producir dos señales en primer lugar. Como estás sintetizando esto, no debería ser difícil de arreglar. Usa dos D/As o salidas PWM filtradas de un microcontrolador, por ejemplo. Puedes garantizar que el promedio sea siempre el mismo fácilmente en el firmware. Estas dos señales seguirían teniendo un desplazamiento de CC de la mitad de la tensión de alimentación, pero eso es habitual en los circuitos de audio. Usted tampona las dos señales, luego las acopla cada una a través de un casquillo a la salida. Poner una resistencia débil, como 10 kΩ a tierra en cada salida para desplazar el promedio a tierra y para filtrar cualquier carga estática que podría acumularse y dejar que el voltaje sea demasiado alto para las tapas.

Añadido sobre el buffering

"Amortiguar" una señal de voltaje significa generalmente mantener el mismo voltaje, pero reducir significativamente la impedancia. Dicho de otro modo, una señal amortiguada puede generar mucha más corriente que su versión no amortiguada.

Una forma sencilla de amortiguar una señal es con un amplificador óptico en modo "seguidor de tensión". Se trata de un amplificador óptico cuya salida está unida a su entrada negativa. Cualquier cosa que pongas en la entrada positiva aparece en la salida, pero con la capacidad de conducción de corriente del amplificador.

En tu caso, las salidas A/D o PWM filtradas serán de alta impedancia y no serán adecuadas para enviarlas por cable. Dos opamps configurados como seguidores de voltaje lo solucionarán.

Answer 5

Se puede hacer un simple divisor de fase a partir de un solo transistor con la misma resistencia en los circuitos colector (invertido) emisor (no invertido). Su equilibrio es bastante bueno pero depende del hFE del transistor.

Los valores deberían ser lo suficientemente cercanos para 5V. Comprueba que Ve es aproximadamente Vcc/4 (que pone la mitad de la tensión de alimentación a través del transistor) y ajusta R3 o R4 si es necesario.