Gerando um sinal diferencial

Foi-me dada uma pequena tarefa (na verdade, faz parte de uma tarefa muito maior), na qual o requisito é gerar um sinal que parece que veio de um microfone. Os seguintes requisitos precisam ser mantidos:

• 1.0Vpp
• Onda senoidal
• Diferencial

Agora, essas são realmente duas perguntas:

• Entendo que o sinal precisa ser diferencial, então preciso de dois sinais, mas esses dois devem ser simétricos em torno de 0V? Qual é a saída normal que um microfone oferece aqui. Caso contrário: eu poderia apenas usar uma única onda senoidal, multiplicá-la por dois e a entrada do receptor pareceria a mesma?

• Qual é a maneira mais barata de fazer isso? Entendo que poderia usar um microcontrolador e seu recurso DAC para gerar uma boa onda senoidal. No entanto, como obteria um sinal diferencial disso. Ou existe algum IC que já faça o que eu quero?

Eu abordaria isso como dois problemas, gerando uma onda senoidal e criando um driver de linha equilibrado. Outras respostas cobriram o gerador de ondas senoidais, e é uma coisa fácil de pesquisar, e não tenho nada a acrescentar. No entanto, vou dizer algumas coisas sobre o driver de linha diferencial.

Como alguns outros disseram, a maneira canônica de fazer isso é com um transformador. Os transformadores funcionam muito bem, mas são grandes e caros. Em aplicativos de áudio, você precisará de um transformador ainda mais caro para evitar a introdução de distorções inaceitáveis. No entanto, se você quiser se parecer exatamente com um microfone dinâmico, esta é sua melhor opção, pois um transformador simula mais das propriedades dos enrolamentos em um microfone dinâmico do que qualquer outro método.

No entanto, qualquer sinal de áudio balanceado que você receba de qualquer dispositivo moderno que é alimentado provavelmente não terá um transformador atualmente, devido ao custo. Os microfones alimentados (condensadores) podem se enquadrar nessa categoria; placas de mistura e pré-amplificadores quase certamente o fazem. Eu recomendo que você leia Design de interfaces de áudio balanceadas de alto desempenho para uma pesquisa de técnicas comuns e uma explicação detalhada das preocupações relevantes. Consulte também Transmissor e receptor balanceados II no mesmo local.

Há uma parte desse artigo posterior em particular, que resumirei aqui: O importante é que a impedância de ambas as linhas seja a mesma, para que o ruído resulte na mesma tensão, para que possa ser rejeitado como modo comum. Ter um sinal oposto no lado negativo não importa . Nesse artigo, há um esquema, na seção Hey! Isso é trapaça :

Veja o artigo para uma discussão detalhada, mas você pode ver claramente que o pino 3, o lado negativo do sinal, é apenas uma conexão ao terra através de um resistor. Como se vê, se você desmontar muitos equipamentos de áudio profissionais, esse é precisamente o tipo de driver de linha que eles usam. É porque tem algumas vantagens:

• Simples
• Fácil de equilibrar
• Se o pino 3 estiver conectado ao terra em uma entrada desbalanceada, nada de ruim acontece

A única parte crítica aqui é garantir que R2 e R3 sejam exatamente iguais. Use resistores de 1% ou melhores ou equilibre-os com uma ponte Wheatstone para obter a melhor rejeição no modo comum.

Se bem entendi, você quer um circuito que gere a onda senoidal e também forneça duas versões separadas a 180 graus. Isso pode ser facilmente alcançado com um microcontrolador, como um dsPIC com DAC duplo de 16 bits com saídas diferenciais em cada canal (como o dsPICfJ64GP802 - aqui está o manual periférico do DAC para ele), aqui está um típico circuito de buffer diferencial acionado por um dos canais:

Sem Microcontrolador

Aqui está uma opção não micro:

Isso combina um oscilador de ponte de Viena (o feto pode ser substituído por uma lâmpada incandescente, se desejado) com um buffer de transistor simples que obtém uma saída do coletor e do emissor. Os trilhos são +/- 12V (podem ser projetados para menor se necessário)

Simulação:

Observe que o acima será de 2V pk-pk quando chegar aonde quer que vá - você pode controlar facilmente a amplitude substituindo R11 e R12 por um pote.

Quando você possui um sinal assimétrico e deseja um sinal simétrico (leitura: diferencial), e o sinal necessário deve parecer de um microfone (dinâmico) (exceto se você deseja um nível mais alto de 1 Vpkpk), o dispositivo escolhido é um DI Caixa .

Eles contêm, em sua versão passiva, um transformador de frequência de áudio, e geralmente há um toque central no lado da saída que pode ser conectado ao GND com um comutador, se desejado. Além disso, existem versões ativas, usando OpAmps em vez de um transformador. Estes usam, simplificado, um buffer e um inversor. O buffer cria o sinal em fase com a sua fonte e o inversor cria o sinal que está 180 ° fora de fase em comparação com o sinal original. Tampado e Invertido = Diferencial.

Normalmente, seu sinal diferencial é simétrico em torno de 0 V. O lado de saída de um transformador fica flutuando até que você deixe o interruptor aberto (ou seja, simétrico a nada além de seu próprio valor médio), que é um benefício adicional para evitar loops de aterramento.

Um transformador, como sugere o zebonaut, certamente produzirá um bom sinal diferencial com um bônus de isolamento em modo comum.

Outra maneira é produzir dois sinais em primeiro lugar. Como você está sintetizando isso, não deve ser difícil de organizar. Use duas saídas D / As ou PWM filtradas de um microcontrolador, por exemplo. Você pode garantir que a média é sempre a mesma com bastante facilidade no firmware. Esses dois sinais ainda teriam um deslocamento CC de metade da tensão de alimentação, mas isso é comum nos circuitos de áudio. Você armazena em buffer os dois sinais e, em seguida, acopla-os a uma saída na saída. Coloque um resistor fraco, como 10 kΩ, em aterramento em cada saída, para mudar a média para o aterramento e vazar qualquer carga estática que possa se acumular e deixar a tensão ficar muito alta para que as tampas resistam.

Adicionado sobre o buffer

"Buffer" de um sinal de tensão geralmente significa manter a tensão aproximadamente a mesma, mas diminuir significativamente a impedância. Dito de outra forma, um sinal em buffer pode gerar muito mais corrente do que sua versão sem buffer.

Uma maneira simples de armazenar um sinal em buffer é com um opamp no modo "seguidor de tensão". Este é apenas um opamp com sua saída vinculada à sua entrada negativa. Tudo o que você coloca na entrada positiva aparece na saída, mas com a capacidade atual do opamp.

No seu caso, as saídas A / D ou PWM filtradas terão alta impedância e não serão adequadas para o envio através de um cabo. Dois opamps configurados como seguidores de tensão resolverão isso.

Um divisor de fase simples pode ser feito a partir de um único transistor com a mesma resistência nos circuitos do emissor coletor (invertido) (não invertido). Seu equilíbrio é muito bom, mas depende do hFE do transistor.

Os valores devem estar próximos o suficiente para 5V. Verifique se Ve é de cerca de Vcc / 4 (que coloca metade da tensão de alimentação no transistor) e ajuste R3 ou R4, se necessário.