Por que muitos DACs têm saída diferencial?

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Muitos DACs como PCM1794 (saída de corrente) e PCM1793 (saída de tensão) têm uma saída diferencial. Quais são os benefícios disso, além de uma maneira fácil de converter seu sinal de saída em CA com referência à terra por meio de um amplificador diferencial.

dac

— e_asphyx
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Para DACs de alta frequência, você pode acionar um transformador de derivação central.

— Spehro Pefhany

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Como os sinais diferenciais são muito menos sensíveis a distúrbios externos, como pequenas diferenças de tensão entre os aterramentos. Portanto, é muito mais fácil direcionar o sinal para outro circuito (que pode estar em um terreno diferente), mantendo-o sem ruídos e perturbações. E se você quiser um sinal de terminação única, use uma saída.

— Bimpelrekkie 3/11

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Outros pinos no mesmo chip transmitem sinais de nível lógico, o que causará correntes mensuráveis nas impedâncias de entrada desses pinos, além de outras atividades de comutação no DAC.

Essas correntes causarão quedas de tensão nos fios bond GND.

Se for um DAC de alta resolução (acima de 16 bits), essas quedas de tensão podem ser comparáveis ao sinal de saída analógico e consideravelmente maiores que o sinal de saída quando você atingir 20 bits.

Lembre-se de que os sinais de entrada digital são um milhão de vezes maiores em amplitude (para um ADC de 20 bits), com bordas de comutação rápidas e nas proximidades da saída analógica e do terra.

Agora, a separação dos terrenos analógico e digital pode minimizar a poluição no solo analógico, mas, mesmo assim, eles serão conectados em algum momento e, sem cuidados extraordinários, ocorrerá algum acoplamento entre eles.

Fornecer saídas analógicas verdadeiras e invertidas é relativamente barato e simples. Ambos contêm esse ruído, pois são referenciados ao mesmo terra analógico. Mas é um ruído de modo comum, permitindo que um amplificador diferencial elimine esse ruído em um local relativamente remoto do próprio DAC.

— Brian Drummond
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Sinais diferenciais têm várias vantagens:

Uma tensão é sempre uma diferença entre dois sinais. Para um sinal diferencial, a impedância é a mesma para ambas as saídas, em oposição a um sinal de extremidade única, onde "terra" geralmente tem a impedância mais baixa. Para uma saída diferencial, um interferente veria a mesma impedância em ambas as saídas e, portanto, o resultado seria um sinal de modo comum que poderia ser rejeitado.
Um sinal diferencial tem o dobro do balanço do sinal, pois ambas as saídas podem se mover. Isso resulta em quatro vezes a potência do sinal, com apenas o dobro da potência do ruído. Isso é importante para os ICs, onde a tensão de alimentação geralmente é limitada pela tecnologia.
Saídas diferenciais não produzem nem harmônicos de ordem devido à sua simetria inerente.
Os circuitos integrados costumam usar uma estrutura diferencial internamente por razões semelhantes. Uma saída diferencial é, portanto, uma extensão natural desse conceito.

— Mario
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