¿Por qué muchos DAC tienen salida diferencial?

Muchos DAC como PCM1794 (salida de corriente) y PCM1793 (salida de voltaje) tienen una salida diferencial. ¿Cuáles son los beneficios de esto, aparte de una manera fácil de convertir su señal de salida a CA con referencia a tierra a través de un amplificador diferencial?

Otros pines en el mismo chip llevan señales de nivel lógico, lo que provocará corrientes medibles en las impedancias de entrada de esos pines, así como una mayor actividad de conmutación dentro del DAC.

Esas corrientes causarán caídas de voltaje a través de los cables de enlace GND.

Si se trata de un DAC de alta resolución (por encima de 16 bits), esas caídas de voltaje pueden ser comparables a la señal de salida analógica y considerablemente más grandes que la señal de salida para cuando llegue a 20 bits.

Recuerde que las señales de entrada digital son un millón de veces más grandes en amplitud (para un ADC de 20 bits), con bordes de conmutación rápidos y muy cerca de la salida analógica y la tierra.

Ahora, la separación de las tierras analógicas y digitales puede minimizar la contaminación en la tierra analógica, pero aun así, se conectarán en algún momento y, sin un cuidado extraordinario, se producirá un acoplamiento entre ellas.

Proporcionar salidas analógicas verdaderas e invertidas es relativamente barato y simple. Ambos contienen este ruido, ya que ambos están referenciados a la misma tierra analógica. Pero es ruido de modo común, lo que permite que un amplificador diferencial elimine este ruido en una ubicación relativamente remota del DAC.

Las señales diferenciales tienen una serie de ventajas:

• Un voltaje es siempre una diferencia entre dos señales. Para una señal diferencial, la impedancia es la misma para ambas salidas que para una señal de un solo extremo donde "tierra" generalmente tiene la impedancia más baja. Para una salida diferencial, un interferente vería la misma impedancia en ambas salidas y, por lo tanto, el resultado sería una señal de modo común que podría rechazarse.
• Una señal diferencial tiene el doble de oscilación de señal ya que ambas salidas pueden moverse. Esto da como resultado cuatro veces la potencia de la señal con solo el doble de la potencia de ruido. Esto es importante para los circuitos integrados donde la tensión a menudo está limitada por la tecnología.
• Las salidas diferenciales no producen armónicos de orden uniforme debido a su simetría inherente.
• Los circuitos integrados a menudo usan una estructura diferencial internamente por razones similares. Por lo tanto, una salida diferencial es una extensión natural de este concepto.