rauscharmes, verzerrungsarmes analoges Multiplexing

Alternative:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Nachteile:

• Eingänge lecken basierend auf dem Verhältnis von On-Widerstand zu Rg
• Eine Kapazität im Sperrzustand kann eine Verzerrung des Frequenzgangs verursachen

Vorteile:

• Die Linearität im eingeschalteten Zustand ist nicht wichtig.
• Der Ausschaltwiderstand ist normalerweise so hoch, dass er vernachlässigt werden kann.
• Wenn die Eingangsspannung niedrig genug ist, kann der Schalter ein einzelner MOSFET sein.

Ein Aspekt, den Sie nicht berücksichtigt haben, ist, dass bei einem invertierenden Mischer der Mischknoten eine virtuelle Erde ist, daher "mischen" Sie Eingangsströme und der Strom jedes Eingangs "senkt" in eine virtuelle Erde. Dies bietet einen großen Vorteil: -

Very little cross talk between one input signal and another.

Mit anderen Worten, kaum ein Eingangssignal$^1$bekommt seinen Signalstrom durcheinander von anderen Eingangssignalen. Beim nicht-invertierenden OP-Mischer passiert das nicht , da die Signalpegel voneinander und von den Quellimpedanzen anderer so angeschlossener Signale abhängen. Damit bleiben U1 oder U2 als Hauptkonkurrenten übrig: -

In einem Mischpult wie diesem leidet der Mischknoten sehr unter den angeschlossenen Eingängen, also würde ich mich für die Schaltung entscheiden, die U1 verwendet. Ja, es wird am Mischknoten mehr Kapazität gegen Masse geben, und dies wird Hochfrequenzrauschen verursachen, aber auch eine Reihe von Eingängen, und das ist ein Problem, mit dem alle analogen Mischer konfrontiert sind, also wählen Sie einen Operationsverstärker mit niedrigem Eingangsrauschen Spannungsdichte und seien Sie darauf vorbereitet, einen parallelen Kondensator über Rf hinzuzufügen.

Sie müssen auch bedenken, dass analoge Schalter bei hohen Audiofrequenzen keine offenen Schaltkreise sind und ein gewisses Rauschen im hohen Spektrum von einem Eingang, der als ausgeschaltet gilt, immer noch zu hören ist.

$^1$Ich habe das Wort "kaum" verwendet, weil es bei einem Operationsverstärker eine endliche (und nicht unendliche) Verstärkung gibt und der Summierungspunkt der virtuellen Erde zu einer leichten Abstraktion wird. Dies bedeutet, dass die virtuelle Erde bei einigen mVpp liegen kann und bei höheren Frequenzen (bei denen sich die Open-Loop-Verstärkung des Operationsverstärkers verringert) beispielsweise 10 mVpp-p betragen kann. Es ist natürlich immer noch viel besser als der nicht invertierende Summierungsknoten.

Nach einigen Simulationen habe ich die Lösung von τεκ mit sehr guten Ergebnissen ausgearbeitet, gebaut und optimiert:

NE5532 ist der eigentliche Operationsverstärker, den ich verwendet habe. Kümmern Sie sich nicht um den FET im Schaltplan. Ich habe mit mehreren FETs im Bereich von Rdson = 40 mOhm bis 10 mOhm getestet, und Übersprechen ist nur für 10 mOhm FETs akzeptabel. Die sind aber leicht zu finden. Beachten Sie, dass sie mit 4,5 V vollständig geöffnet sein müssen, da ich dies von einem µC mit 5-V-toleranten Open-Collector-Ausgängen steuern möchte.

Dieses Design ist ein Kompromiss zwischen Rauschen und Übersprechen. Widerstände skalieren alle gleichzeitig und es sind R13 und R16 gegenüber Rdson, die das Übersprechen (Leck) bestimmen, während es auch R13, R15, R16, R18 sind, die das thermische Rauschen bestimmen. Der Wechsel von 1k Ohm auf 2k Ohm ist deutlich hörbar.

Dies funktioniert offensichtlich nicht für DC-gekoppelte Systeme, alles ist in Funktion der FETs in der Mitte der Schiene vorgespannt.

Eine sehr gute Mid-Rail-Entkopplung ist extrem wichtig, um keine Einflüsse von umliegenden Schaltungen zu haben.

Aber das obige Schema mit all seinen zwickenden Multiplexen ohne hörbare Verzerrung, mit absolut minimalem Rauschen und Übersprechen.

Falls sich jemand wundert, R14 und R17 sind da, um die Spannung am Drain der FETs zu definieren. Andernfalls würde diese Spannung vom Lecken der Koppelkondensatoren abhängen.

Beachten Sie, dass diese Multiplexer-Version einen großen Nachteil hat, der schwer zu lösen ist: Der Ausgang ploppt immens, wenn Sie einen der FETs schließen. Dies liegt daran, dass die DC-Vorspannung gestört wird, indem der FET-Drain auf Masse gezogen wird. Dieses geht durch die Kupplungskappen über, bevor es ein neues Gleichgewicht erreicht. In meiner Anwendung ist dies jedoch kein Problem, da die Ausgänge während der Multiplexer-Umschaltung kurzzeitig digital stummgeschaltet werden.

Preislich kann ich mir keine besseren Alternativen vorstellen, die Abstriche sind überschaubar, Geräusch und Klang top.