Генерация дифференциального сигнала

Передо мной была поставлена ​​небольшая задача (на самом деле это часть гораздо более сложной задачи), когда требовалось генерировать сигнал, который выглядит так, как будто он исходит от микрофона. Следующие требования должны быть соблюдены:

• 1.0Vpp
• Синусоидальная волна
• дифференцированный

Теперь это на самом деле два вопроса:

• Я понимаю, что сигнал должен быть дифференциальным, поэтому мне нужны два сигнала, но должны ли они быть симметричными относительно 0 В? Какой нормальный выходной сигнал дает микрофон? В противном случае: Могу ли я просто использовать одну синусоидальную волну, умножить ее на два, и вход в приемник будет выглядеть одинаково?

• Какой дешевый способ я мог бы сделать это? Я понимаю, что мог бы использовать микроконтроллер и его функцию ЦАП, чтобы генерировать хорошую синусоидальную волну. Тем не менее, как бы я получить дифференциальный сигнал от этого. Или есть IC, которая уже делает то, что я хочу?

Я бы подошел к этому как к двум проблемам: генерации синусоидальной волны и созданию сбалансированного линейного драйвера. Другие ответы касались генератора синусоидальных волн, и его легко исследовать, и мне нечего добавить. Однако я скажу кое-что о драйвере дифференциальной линии.

Как говорили некоторые другие, канонический способ сделать это с помощью трансформатора. Трансформаторы отлично работают, но большие и дорогие. В аудиоприложениях вам потребуется еще более дорогой преобразователь, чтобы избежать внесения недопустимых искажений. Однако, если вы хотите выглядеть точно как динамический микрофон, это ваш лучший вариант, поскольку трансформатор имитирует больше свойств обмоток на динамическом микрофоне, чем любой другой метод.

Однако любой сбалансированный аудиосигнал, который вы получаете от любого современного устройства с питанием, вероятно, в наши дни не будет иметь трансформатора из-за его стоимости. Приведенные в действие (конденсаторные) микрофоны могут попасть в эту категорию; Микшерные платы и предусилители почти наверняка. Я настоятельно рекомендую вам прочитать Дизайн высокопроизводительных сбалансированных аудиоинтерфейсов для ознакомления с общими методами и подробным объяснением соответствующих проблем. Также см. Сбалансированный передатчик и приемник II с того же сайта.

В частности, есть одна часть этой более поздней статьи, которую я здесь подытожу: важно то, что полное сопротивление обеих линий одинаково, так что шум приведет к одинаковому напряжению, так что его можно отклонить как синфазный. Наличие противоположного сигнала на отрицательной стороне вообще не имеет значения . В этой статье есть схема, в разделе Эй! Это обман :

См. Статью для подробного обсуждения, но вы можете ясно видеть, что вывод 3, отрицательная сторона сигнала, является просто соединением с землей через резистор. Оказывается, если вы разбираете много профессионального звукового оборудования, это именно тот тип линейного драйвера, который они используют. Это потому, что у него довольно много преимуществ:

• просто
• Легко сбалансировать
• Если контакт 3 подключен к земле на несбалансированном входе, ничего плохого не произойдет

Единственная важная часть здесь - убедиться, что R2 и R3 точно равны. Используйте резисторы 1% или лучше или уравновешивайте их мостом Уитстона для лучшего синфазного подавления.

Если я правильно понимаю, вам нужна схема, которая генерирует синусоидальную волну, а также обеспечивает две ее версии на 180 градусов друг от друга. Это может быть легко достигнуто с помощью микроконтроллера, например, dsPIC с двойным 16-разрядным ЦАП с дифференциальными выходами на каждом канале (например, dsPICfJ64GP802 - здесь приведено руководство по периферийным устройствам ЦАП ), здесь представлена ​​типичная схема дифференциального буфера, управляемая от одного из каналов:

Нет микроконтроллера

Вот немикро вариант:

Это сочетает в себе мостовой генератор Вина (при желании, фет может быть заменен лампой накаливания) с простым транзисторным буфером, который принимает выходной сигнал от коллектора и эмиттера. Направляющие +/- 12 В (при необходимости могут быть рассчитаны на опускание)

Моделирование:

Обратите внимание, что вышеупомянутое будет в сумме до 2 В pk-pk, когда он доберется до места, куда он идет - вы можете легко контролировать амплитуду, заменяя R11 и R12 горшком.

Если у вас асимметричный сигнал и вы хотите симметричный (читай: дифференциальный) сигнал, а требуемый сигнал должен выглядеть так, как если бы он был (от динамического) микрофона (за исключением того, что вы хотите более высокий уровень 1 Vpkpk), предпочтительным устройством является DI Box .

Они содержат в своей пассивной версии трансформатор звуковой частоты, и обычно на выходной стороне имеется центральный отвод, который при желании может быть подключен к GND с помощью переключателя. Также есть активные версии, использующие OpAmp вместо трансформатора. Они используют, упрощенно, буфер и инвертор. Буфер создает сигнал в фазе с вашим источником, а инвертор создает сигнал, который на 180 ° не в фазе по сравнению с исходным сигналом. Буферизованные и инвертированные = дифференциальные.

Обычно, ваш дифференциальный сигнал симметричен около 0 В. Выходная сторона трансформатора даже плавает, пока вы оставляете переключатель открытым (то есть не симметричен ни к чему, кроме его собственного среднего значения), что является дополнительным преимуществом во избежание контуров заземления.

Трансформатор, как предлагает зебонавт, безусловно, будет генерировать хороший дифференциальный сигнал с бонусом синфазной изоляции.

Другой способ состоит в том, чтобы произвести два сигнала во-первых. Поскольку вы синтезируете это, это не должно быть сложно организовать. Например, используйте два D / As или отфильтрованных ШИМ выхода микроконтроллера. Вы можете гарантировать, что среднее значение всегда одинаково легко в прошивке. Эти два сигнала по-прежнему имеют смещение постоянного тока, равное половине напряжения питания, но это обычное явление для звуковых цепей. Вы буферизуете два сигнала, а затем соединяете их через заглушку с выходом. Поместите слабый резистор, например, 10 кОм, на землю на каждом выходе, чтобы сдвинуть среднее значение на землю и утечь любой статический заряд, который может накапливаться, и позволить напряжению становиться слишком высоким, чтобы колпачки могли удерживаться.

Добавлено про буферизацию

«Буферизация» сигнала напряжения обычно означает сохранение напряжения примерно таким же, но значительно снизить импеданс. Иными словами, буферизованный сигнал может выдавать гораздо больше тока, чем его небуферизованная версия.

Простой способ буферизовать сигнал - использовать операционный усилитель в режиме «повторителя напряжения». Это просто операционный усилитель, выход которого связан с отрицательным входом. Все, что вы затем положите на положительный вход, будет отображаться на выходе, но с текущими возможностями привода операционного усилителя.

В вашем случае, A / D или фильтрованные ШИМ выходы будут с высоким импедансом и не подходят для передачи по кабелю. Это исправят два операционных усилителя, настроенные как последователи напряжения.

Простой разделитель фаз может быть выполнен из одного транзистора с одинаковым сопротивлением в цепях коллектора (инвертированного) эмиттера (не инвертированного). Его баланс довольно хороший, но зависит от hFE транзистора.

Значения должны быть достаточно близки для 5V. Убедитесь, что Ve составляет около Vcc / 4 (что подводит половину напряжения питания к транзистору), и отрегулируйте R3 или R4, если необходимо.