Generando una señal diferencial

Me dieron una tarea pequeña (en realidad es parte de una tarea mucho más grande) donde el requisito es generar una señal que parece provenir de un micrófono. Deben cumplirse los siguientes requisitos:

• 1.0Vpp
• Onda sinusoidal
• Diferencial

Ahora bien, estas son en realidad dos preguntas:

• Entiendo que la señal debe ser diferencial, por lo que necesito dos señales, pero ¿deben ser simétricas alrededor de 0V? ¿Cuál es la salida normal que da un micrófono aquí? De lo contrario: ¿podría usar una sola onda sinusoidal, multiplicarla por dos y la entrada al receptor se vería igual?

• ¿Cuál es una forma barata de hacer esto? Entiendo que podría usar un microcontrolador y su función DAC para generar una buena onda sinusoidal. Sin embargo, ¿cómo obtendría una señal diferencial de eso? ¿O hay algún IC que ya hace lo que quiero?

Enfocaría esto como dos problemas, generar una onda sinusoidal y crear un controlador de línea equilibrado. Otras respuestas han cubierto el generador de onda sinusoidal, y es algo fácil de investigar, y no tengo nada que agregar allí. Sin embargo, diré algunas cosas sobre el controlador de línea diferencial.

Como han dicho otros, la forma canónica de hacer esto es con un transformador. Los transformadores funcionan muy bien, pero son grandes y caros. En las aplicaciones de audio, necesitará un transformador aún más costoso para evitar la introducción de una distorsión inaceptable. Sin embargo, si desea verse exactamente como un micrófono dinámico, esta es su mejor opción, ya que un transformador simula más de las propiedades de los devanados en un micrófono dinámico que cualquier otro método.

Sin embargo, cualquier señal de audio balanceada que reciba de cualquier dispositivo moderno que esté alimentado probablemente no tendrá un transformador en estos días, debido al costo. Los micrófonos con alimentación (condensador) pueden entrar en esta categoría; tableros de mezcla y preamplificadores casi seguramente lo hacen. Le recomiendo que lea Diseño de interfaces de audio balanceadas de alto rendimiento para una encuesta de técnicas comunes y una explicación detallada de las preocupaciones relevantes. También vea Transmisor y receptor balanceados 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 es la misma, de modo que el ruido dará como resultado el mismo voltaje, de modo que pueda rechazarse como modo común. Tener una señal opuesta en el lado negativo no importa en absoluto . En ese artículo, hay un esquema, en la sección ¡Hey! Eso es trampa :

Vea el artículo para una discusión detallada, pero puede ver claramente que el pin 3, el lado negativo de la señal, es solo una conexión a tierra a través de una resistencia. Como resultado, si desmontas una gran cantidad de equipos de audio profesionales, este es precisamente el tipo de controlador de línea que usan. Es porque tiene bastantes ventajas:

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

La única parte crítica aquí es asegurarse de que R2 y R3 sean exactamente iguales. Use resistores de 1% o mejores, o equilibre con un puente Wheatstone para el mejor rechazo en modo común.

Si entiendo correctamente, desea un circuito que genere la onda sinusoidal y también proporcione dos versiones separadas 180 grados. Esto podría lograrse fácilmente con un microcontrolador, como un dsPIC con DAC dual de 16 bits con salidas diferenciales en cada canal (como el dsPICfJ64GP802 , aquí está el manual periférico DAC para él), aquí hay un circuito de búfer diferencial típico impulsado desde uno de los canales:

Sin microcontrolador

Aquí hay una opción no micro:

Esto combina un oscilador de puente Wien (el fet puede reemplazarse con una bombilla incandescente si se desea) con un simple buffer de transistor que toma una salida del colector y el emisor. Los rieles son de +/- 12V (se pueden diseñar para bajar si es necesario)

Simulación:

Tenga en cuenta que lo anterior sumará 2V pk-pk cuando llegue a donde quiera que vaya: puede controlar fácilmente la amplitud reemplazando R11 y R12 con un bote.

Cuando tiene una señal asimétrica y desea una señal simétrica (lectura: diferencial), y su señal requerida debe verse como si fuera un micrófono (dinámico) (excepto que desea un nivel más alto de 1 Vpkpk), el dispositivo de elección es un DI Caja .

Estos contienen, en su versión pasiva, un transformador de frecuencia de audio, y generalmente hay un toque central en el lado de salida que puede conectarse a GND con un interruptor si lo desea. Además, hay versiones activas que usan OpAmps en lugar de un transformador. Estos utilizan, simplificado, un buffer y un inversor. El búfer crea la señal en fase con su fuente, y el inversor crea la señal que está desfasada 180 ° en comparación con la señal original. Tamponado e invertido = diferencial.

Por lo general, su señal diferencial es simétrica alrededor de 0 V. El lado de salida de un transformador incluso está flotando siempre que deje el interruptor abierto (es decir, simétrico a nada más que su propio valor medio), lo cual es un beneficio adicional para evitar bucles de tierra.

Un transformador como sugiere zebonaut ciertamente producirá una buena señal diferencial con una ventaja adicional de aislamiento en modo común.

Otra forma es producir dos señales en primer lugar. Como está sintetizando esto, no debería ser difícil de organizar. Utilice dos salidas D / As o PWM filtradas de un microcontrolador, por ejemplo. Puede garantizar que el promedio es siempre el mismo con bastante facilidad en el firmware. Estas dos señales aún tendrían un desplazamiento de CC de la mitad del voltaje de suministro, pero eso es común con los circuitos de audio. Se almacenan las dos señales en el búfer y luego se acoplan cada una a través de una tapa a la salida. Ponga una resistencia débil, como 10 kΩ a tierra en cada salida para cambiar el promedio a tierra y filtrar cualquier carga estática que pueda acumularse y dejar que el voltaje se eleve demasiado para que las tapas se detengan.

Añadido sobre el almacenamiento en búfer

"Almacenar en memoria intermedia" una señal de voltaje generalmente significa mantener el voltaje casi igual pero disminuir significativamente la impedancia. Dicho de otra manera, una señal almacenada puede generar mucha más corriente que su versión no almacenada.

Una manera simple de amortiguar una señal es con un opamp en modo "seguidor de voltaje". Esto es solo un opamp con su salida vinculada a su entrada negativa. Cualquier cosa que coloque en la entrada positiva se muestra en la salida, pero con la capacidad de unidad actual del opamp.

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

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

Los valores deben estar lo suficientemente cerca para 5V. Verifique que Ve sea aproximadamente Vcc / 4 (que pone la mitad del voltaje de alimentación a través del transistor) y ajuste R3 o R4 si es necesario.