कम शोर, कम विरूपण एनालॉग मल्टीप्लेक्सिंग


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मैं मल्टीप्लेक्सिंग एनालॉग (ऑडियो) संकेतों के लिए कम शोर, कम विरूपण, कम लागत वाले ऑप-एम्प सर्किट को डिजाइन करने की कोशिश कर रहा हूं। अनुभव, अनुसंधान और कुछ प्रयोग पहले से ही मुझे उचित निम्न-शोर बिजली आपूर्ति के संयोजन में निम्नलिखित घटकों तक ले गए:

स्विच को एकीकृत करने के बारे में यह प्रश्न संक्षेप में है। मुझे पता है कि रिले CMOS स्विच का एक विकल्प है, लेकिन लगभग 5 से 10 गुना लागत पर वे वास्तव में इस डिजाइन में एक विकल्प नहीं हैं।

यहाँ (switchable) परिवर्तनीय लाभ के साथ op-amp सर्किट के बारे में समझदार उत्तर के साथ ठीक प्रश्न हैं, उदाहरण के लिए यहाँ । यह सवाल इस मुद्दे के बारे में नहीं है, जैसा कि शीर्षक से पता चलता है। लेकिन मेरे साथ रहो और मुझे एक परिचय के रूप में इसके बारे में बताएं।

चर लाभ के साथ इस सर्किट पर विचार करें:

चर लाभ सेशन amp सर्किट

इस सर्किट में स्विच की स्थिति एकदम सही है। वे जमीनी स्तर पर हैं, इसलिए कोई भी ऑफसेट स्विच प्रतिरोध को प्रभावित नहीं करता है। नतीजतन, इस स्थिति में स्विच मॉड्यूलेशन विरूपण उत्पन्न नहीं करते हैं।

सिग्नल पथ में, स्विच संवेदनशील ऑप-एम्प इनपुट पिन से भी दूर हैं। रिन, आरएफ, आरजी 1 और आरजी 2 सभी इनपुट पिन के बहुत करीब स्थित हो सकते हैं। यदि स्विच op-amp इनपुट पक्ष पर होगा, तो यह संभव नहीं होगा।

अब मेरे प्रश्न के वास्तविक मूल में। यहां इनपुट मल्टीप्लेक्सिंग के 4 अलग-अलग संभव कॉन्फ़िगरेशन हैं और उनमें से कोई भी वैरिएबल गेन सॉल्यूशन के ऊपर आदर्श कॉन्फ़िगरेशन के करीब नहीं है।

4 मल्टीप्लेक्स कॉन्फ़िगरेशन

U3 के चारों ओर सर्किट पूर्णता के लिए है, लेकिन यह सबसे कम समझदार है।

U2 और U4 के आसपास के सर्किट में, स्विच एक चर वोल्टेज स्तर देखते हैं और इससे मॉड्यूलेशन विरूपण हो सकता है।

U1 के आसपास के सर्किट में वर्चुअल ग्राउंड पर स्विच होते हैं, लेकिन इनकी स्थिति भी इनवर्टिंग इनपुट पिन पर होती है। मैंने इसे अतीत में और अनुभव से लागू किया है, यह लेआउट उच्च शोर संवेदनशीलता की ओर जाता है। मैं सर्किट के निहित शोर के बारे में बात नहीं कर रहा हूं, लेकिन आसपास के इलेक्ट्रॉनिक्स से शोर।

मेरा सवाल यह है कि अगर किसी के पास सबसे अच्छा ट्रेड-ऑफ के साथ अनुभव है जिसे बनाया जा सकता है, या यहां बताए गए नुकसानों को दरकिनार करने वाले किसी भी चाल का सुझाव दे सकता है, या एक ही लक्ष्य को प्राप्त करने वाले एक चतुर, अलग योजनाबद्ध का सुझाव दे सकता है।


संपादित करें

जवाब और टिप्पणियों में, मुख्य मुद्दे के कई पहलुओं को छुआ गया था। संक्षेप में, मैं सर्वश्रेष्ठ टोपोलॉजी के बारे में पूछ रहा था और यह स्विच प्रॉपर्टीज (ऑन-रेजिस्टेंस, ऑन-लीनियरिटी, ऑफ-कैपेसिटेंस) की ओर बढ़ गया है और मिक्सिंग कॉन्फ़िगरेशन के साइड इफेक्ट्स (नोड चार्जिंग जब स्विचिंग के परिणामस्वरूप प्लॉप हो रहे हैं), क्रॉसिकल। ..

मैं इन सभी मुद्दों से अच्छी तरह से वाकिफ हूँ और मैंने स्पष्टता और फ़ोकस के पक्ष में प्रश्न की देखरेख की हो सकती है।

एंडी उर्फ ​​ने मूल्यवान विचार उठाया है कि मैं आगे का पीछा करूंगा, लेकिन सुझाए गए समाधान ठीक उसी तरह हैं जैसे मैंने अतीत में किया है, जिसकी तुलना में मुझे कम सफलता मिली है।

τεκ एक सरल लेकिन दिलचस्प विकल्प उठाया, जिसे मैं भी देखूंगा।

मेरा मध्यवर्ती निष्कर्ष यह है कि मैं डगलस सेल्फ ऑडियो पुस्तक पर पकड़ बनाने की कोशिश करूंगा। मैं स्विच और FET गुणों में खुदाई कर रहा हूँ और विभिन्न टोपोलॉजी में उनके प्रभाव का अनुकरण करने की कोशिश करूँगा। इससे नई अंतर्दृष्टि पैदा हो सकती है और मैं वापस रिपोर्ट करूंगा। मैं निश्चित रूप से अंत में विभिन्न समाधानों का प्रोटोटाइप बनाऊंगा। इसलिए इसमें कुछ समय लग सकता है, लेकिन मैं नई अंतर्दृष्टि लेकर वापस आऊंगा।


Inverting टोपोलॉजी एनालॉग स्विच प्रतिरोध में परिवर्तन के साथ लाभ प्राप्त करता है। गैर-inverting टोपोलॉजी उच्च प्रतिबाधा इनपुट के कारण नहीं है। (कम से कम पहले के आदेश में, आपको आवृत्ति प्रतिक्रिया आदि में थोड़े बदलाव मिल सकते हैं।) इसलिए मैं कहूंगा कि गैर-इनवर्टिंग टोपोलॉजी कम विकृति के लिए बेहतर विकल्प है। अन्य (गैर चयनित चैनल) स्विच की विशेषताएं इस मामले में भी महत्वपूर्ण हैं।)
जॉन डी

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हालाँकि, नॉन-इनवर्टिंग वाले दोनों स्विच को फ्लोट करने वाले इनपुट को छोड़ देते हैं; स्विच करते समय कुछ प्रभावशाली क्लिक हो सकते हैं। जमीन पर आधा मेगाहोम मदद कर सकता है ...
ब्रायन ड्रमंड

@BrianDrummond सच, अच्छी बात है। एंडी उर्फ ​​अपने जवाब में एक अच्छी बात भी करता है। इसलिए व्यक्तिगत रूप से मैं स्विचेस की विशेषताओं का मॉडल तैयार करूंगा और कुछ सिमुलेशन चलाऊंगा जो कि सबसे अच्छा काम करता है। मुझे लगता है कि यह घटकों की बारीकियों पर काफी निर्भर करेगा।
जॉन डी

एक दूसरे के साथ खिलवाड़ करने से होने वाले संकेतों को रखने के लिए पहला कदम: अपने ग्राउंडिंग टोपोलॉजी की जाँच करें और पुन: जाँचें।
रैकैंडबॉम्बेनमैन

जवाबों:


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वैकल्पिक:

ढांच के रूप में

इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध

नुकसान:

  • आरजी के प्रतिरोध के अनुपात के आधार पर इनपुट लीक होते हैं
  • ऑफ-स्टेट कैपेसिटेंस आवृत्ति प्रतिक्रिया विरूपण का कारण बन सकता है

लाभ:

  • राज्य की रैखिकता पर स्विच महत्वपूर्ण नहीं है।
  • स्विच ऑफ-स्टेट प्रतिरोध आमतौर पर इतना अधिक होता है कि इसे अनदेखा किया जा सकता है।
  • यदि इनपुट वोल्टेज काफी कम है, तो स्विच एकल MOSFET हो सकता है।

क्या स्विच ऑप amp के लाभ को प्रभावित नहीं करेगा? यदि दोनों बंद हैं तो हमारे पास Rg / 4 है, एक बंद Rg / 3 है, दोनों Rg / 2 को खोलते हैं।
पीटर कैमिलेरी

@PeterCamilleri यह एक एम्पलीफायर है । प्रत्येक इनपुट के लिए लाभ Rf / Rg
'

मेरा एकमात्र मुद्दा यह था कि स्विच आरजी के प्रभावी मूल्य को बदलते हैं। मुझे यह कुछ और अध्ययन करने की आवश्यकता है।
पीटर कैमिलेरी

ध्यान दें कि आप उच्च आवृत्तियों पर बेहतर अलगाव के लिए, आउटपुट के लिए गैर-चयनित संकेतों के कैपेसिटिव युग्मन को दबाने के लिए andy उर्फ ​​के दृष्टिकोण (इनपुट के साथ श्रृंखला में स्विच) के साथ इसे जोड़ सकते हैं।
JMS

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डगलस सेल्फ्स "स्मॉल सिग्नल ऑडियो डिज़ाइन" के बारे में पढ़ें, वह कुछ गहराई में ठोस स्थिति स्विचिंग विकल्पों में जाता है। आप jfets को उन स्विचिंग तत्वों के रूप में भी देखना चाह सकते हैं जिनके पास चार्ज इंजेक्शन से क्लिक को कम करने के लिए कुछ नरम switchable होने का लाभ है।
दान मिल्स

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एक पहलू जिस पर आपने विचार नहीं किया है, वह यह है कि एक अकशेरुकीय मिक्सर के साथ, मिक्सिंग नोड एक आभासी पृथ्वी है, इसलिए, आप इनपुट धाराओं और प्रत्येक इनपुट के वर्तमान "सिंक" को एक आभासी धरती में मिलाते हैं। यह एक प्रमुख लाभ प्रदान करता है: -

Very little cross talk between one input signal and another.

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यहाँ छवि विवरण दर्ज करें

इस तरह से एक मिक्सर में, मिक्सिंग-नोड सभी इनपुटों से बहुत अधिक पीड़ित होता है इसलिए मैं 1 सर्किट का उपयोग करने वाले सर्किट के लिए जाऊंगा। हां, मिक्सिंग-नोड पर ग्राउंड करने के लिए अधिक समाई होगी और इससे उच्च आवृत्ति शोर होगा, लेकिन इनपुट्स का एक गुच्छा होगा और सभी समस्या वाले मिक्सर से सामना करने में समस्या है, इसलिए कम इनपुट शोर के साथ एक ऑप-एम्प चुनें वोल्टेज घनत्व और आरएफ के पार समानांतर संधारित्र जोड़ने के लिए तैयार रहें।

आपको यह भी याद रखना चाहिए कि उच्च ऑडियो आवृत्तियों पर, एनालॉग स्विच खुले सर्किट नहीं होते हैं और इनपुट से कुछ उच्च स्पेक्ट्रम शोर को चालू माना जाता है जो अभी भी सुना जा सकता है।


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+1 हालांकि "नॉन-इनवर्टिंग ऑप-एम्प मिक्सर" पर ऐसा नहीं होता है। प्रभाव लगभग शून्य हो जाता है यह कहने का एक बेहतर तरीका हो सकता है।
ट्रेवर_जी

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हां, थोड़ा स्वीपिंग। मैं ताऊ लोल
एंडी उर्फ

;) जब आप उत्तर को सही बना रहे हैं, तो यह भी एक उल्लेख के लायक है कि यह प्रभाव केवल तब तक सही है जब तक कि आउटपुट संतृप्त नहीं होता है। बहुत अधिक इनपुट सिग्नल और सभी दांव बंद हैं।
ट्रेवर_जी

यह ओपी द्वारा दिए गए सभी उदाहरणों को प्रभावित करता है इसलिए कोई आवश्यकता नहीं है।
एंडी उर्फ

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यह टिप्पणी वार्तालाप सूचित करने के उद्देश्य से कार्य करता है!
एंडी उर्फ

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कुछ सिमुलेशन करने के बाद, मैंने वास्तव में बहुत अच्छे परिणामों के साथ with के समाधान का निर्माण और निर्माण किया है:

यहाँ छवि विवरण दर्ज करें

NE5532 मेरे द्वारा उपयोग किया गया वास्तविक ओपैंप है। योजना में FET को बुरा मत मानना। मैंने कई FET को Rdson से लिया है = 40 mOhm से 10 mOhm तक और क्रोस्टॉक केवल 10 mhm FET के लिए स्वीकार्य है। हालांकि यह पता लगाना आसान है। माइंड वे 4.5V के साथ पूरी तरह से खुला होना चाहिए क्योंकि मैं इसे 5V सहिष्णु ओपन कलेक्टर आउटपुट के साथ 5C से नियंत्रित करना चाहता हूं।

यह डिजाइन शोर और क्रॉसस्टॉक के बीच एक समझौता है। प्रतिरोध सभी पैमाने पर एक साथ होते हैं और यह R13 और R16 बनाम Rdson है जो क्रॉसस्टॉक (लीक) को निर्धारित करता है जबकि यह R13, R15, R16, R18 भी है जो थर्मल शोर निर्धारित करते हैं। 1k ओम से 2k ओम तक का परिवर्तन स्पष्ट रूप से श्रव्य है।

यह स्पष्ट रूप से डीसी युग्मित सिस्टम के लिए काम नहीं कर सकता है, सब कुछ एफईटी के कार्य में मध्य-रेल पक्षपाती है।

आस-पास के सर्किट से कोई प्रभाव नहीं होने के लिए बहुत अच्छा मध्य-रेल डिकौलिंग बेहद महत्वपूर्ण है।

लेकिन उपरोक्त योजनाबद्ध सभी के साथ मल्टीप्लेक्सों को बिना किसी श्रव्य विरूपण के बिना बिल्कुल न्यूनतम शोर और क्रॉसस्टॉक के साथ जोड़ दिया गया है।

अगर किसी को आश्चर्य होता है, तो F14 की नाली में वोल्टेज को परिभाषित करने के लिए R14 और R17 मौजूद हैं। अन्यथा यह वोल्टेज कपलिंग कैपेसिटर के रिसाव पर निर्भर करेगा।

ध्यान रखें कि इस बहुसंकेतक संस्करण का एक बड़ा नुकसान है जिसे हल करना मुश्किल है: एफईटी में से किसी को बंद करते समय आउटपुट बहुत अधिक हो जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि एफईटी ड्रेन को जमीन पर खींचने से डीसी पूर्वाग्रह परेशान हैं। यह एक नए संतुलन तक पहुंचने से पहले युग्मन कैप के माध्यम से संक्रमण करता है। लेकिन यह मेरे आवेदन में एक गैर-मुद्दा है क्योंकि मल्टीप्लेक्स स्विचिंग के दौरान आउटपुट डिजिटल रूप से थोड़े समय के लिए होगा।

कीमत के लिए मैं कल्पना नहीं कर सकता कि बेहतर विकल्प हैं, कमियां प्रबंधनीय हैं, जबकि शोर और ध्वनि शीर्ष पायदान हैं।


यह मेरे लिए बहुत संदेहास्पद लगता है कि 1k इष्टतम है।
τεκ

देखभाल करने के लिए विस्तृत क्यों? सैद्धांतिक crosstalk 10 mOhm / 1k के साथ -100 dB है और यह निश्चित रूप से -90 dB से बेहतर लगता है।
गोम्मर
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