Конвертер аудио сигналов балансный-небалансный для hi-end

Считается, что в «Поисках качества», квазиметафизической деятельности, которой с удовольствием занимаются бесчисленные аудиофилы, использование «сбалансированных» (или симметричных) сигналов вносит значительный вклад в конечный результат. В этой статье мы с удовольствием представляем сбалансированные / несбалансированные преобразователи для аудиосигналов. Мы убеждены, что конструкции предлагают решение многих проблем, с которыми вы можете столкнуться, когда речь идет о передаче небольших аудиосигналов на большие расстояния.

Автор: J. F. Brange

Обо всем по порядку. Напомним, что несбалансированный (асимметричный) сигнал определяется как существующий относительно линии заземления в цепи. Следовательно, передача несбалансированного аудиосигнала от одного каскада предварительного усилителя к другому с помощью кабеля может создавать различные проблемы, включая паразитные характеристики и излучение, которые ухудшают качество аудиосигнала. Использование экранированного кабеля является недостаточным средством, особенно когда источник сигнала обеспечивает низкий уровень сигнала (скажем, пару милливольт).

Панацеей в этих случаях является сбалансированный сигнал, то есть плавающий относительно земли. Это позволяет передавать слабый исходный сигнал на большие расстояния (при необходимости) без его «модификации». Конечно, проблема паразитов остается. Однако сбалансированный сигнал снова преобразуется в несбалансированный на входе «приемника», шум эффективно подавляется дифференциальным эффектом. Плавающий сигнал на двух проводах поступает на входы дифференциальной цепи. В то время как полезный аудиосигнал поступает с противоположными фазами на двух проводах, любой шум, улавливаемый симметричным кабелем, будет иметь одинаковую фазу на двух проводах. Следовательно, этот шум эффективно устраняется операцией вычитания дифференциальной схемы.

Без сомнения, существует множество схем, которые позволяют преобразовать аудиосигнал из сбалансированного в несбалансированный и наоборот. Операционный усилитель вполне пригоден для такого рода операций. Если вы используете качественные аудио операционные усилители, вы получите достаточные результаты. Однако следует принять несколько мер предосторожности, чтобы предотвратить ухудшение характеристик, которые могут быть достигнуты теоретически. Одним из таких условий является использование «подобранных» резисторов с допуском 0,1% или выше.

Рис. 1. Принципиальная схема преобразователя небалансный-в-балансный на основе SSM2142 от Analogue Devices.

Конвертация небалансный-в-балансный

Существует современное решение этой проблемы. Analog Devices разработала интегральные схемы, которые полностью приспособлены для этого применения. Эти микросхемы имеют внутренние резисторы, которые обрезаны лазером с точностью до 0,0001%! Неудивительно, что эти интегральные схемы достигают производительности «профессионального уровня» в отношении подавления шума, подавления паразитов и искажений. Эти микросхемы в настоящее время относительно хорошо распространены в Европе, и у нас мало сомнений в том, чтобы представить вам практические схемы для применения в стерео. Очевидно, что два стереоканала идентичны, достаточно будет описать только один из них.

Принципиальная электрическая схема преобразователя небалансный-в-балансный показана на рисунке 1. Операционный усилитель SSM2142 от Analog Devices представляет собой буфер / усилитель с драйвером внутреннего дифференциального выхода. Его основная функция заключается в преобразовании несбалансированного входного сигнала в высокоуровневый сбалансированный сигнал. Основанный на электронно-сбалансированной топологии с перекрестными связями микросхемы, SSM2142 дает фору каскадам с применением трансформаторов. Само собой разумеется, что интегральная схема имеет преимущество гораздо меньший размер, чем у трансформатора, и в то же время предлагает сравнимое синфазное отклонение.

Входной сигнал подается на микросхему через подстроечник 10 кОм P1, функция которого состоит в том, чтобы регулировать уровень выходного сигнала при одновременном согласовании входного импеданса микросхемы, рекомендованного производителем. Конечно, подстроечник может быть заменен либо потенциометром с тем же значением или трехконтактным джампером, на котором установлена перемычка, который передает сигнал с контакта «input7» на центральный контакт. Это решение, которое мы приняли. Выход также прост: вывод 8 SSM2142 выдает синфазный (+) выходной сигнал, а вывод 1 - инвертированный (-) сигнал. Поскольку оба выхода нагружены резистором 301-Ом на землю, выходной импеданс составляет около 600 Ом.

SSM2142 защищен от паразитных сигналов, поступающих по линиям питания. Это достигается путем подключения элементарных RC-фильтров, состоящих из R3-C1-C2 и R4-C3-C4, к соответствующим контактам питания SSM2142. Выход схемы подает аудиосигнал, который должен быть достоин самых лучших конструкций домашнего аудио.

Последнее слово о источнике питания: хотя симметричное питание ± 12 В будет нормальным во многих случаях, мы рекомендуем использовать ± 15 В, как показано на принципиальной схеме, потому что это значение приводит к улучшению динамического диапазона. Абсолютное максимальное напряжение питания составляет ± 18 В.

Рисунок 2. Преобразователь балансный-в-небалансный разработан на основе SSM2142 и буферного операционного усилителя NE5534.

Конвертация балансный-в-небалансный

Для этого вам понадобится SSM2141. Эта микросхема, являющаяся прямым родственником SSM2142, представляет собой интегрированный дифференциальный усилитель, предназначенный для приема сбалансированных уровней «линейных» сигналов в звуковых цепях, требующих высокой помехозащищенности и подавления синфазного шума. Эта микросхема достигает типичной спецификации CMR (отклонение синфазного сигнала) в 100 дБ. Для сравнения, операционному усилителю с четырьмя постоянными резисторами вокруг него будет сложно добиться значения CMR более 40 дБ или около того, что ни в коем случае не достаточно для высококачественных аудио-конструкций. Давайте рассмотрим рис. 2, на котором показана схема. Резисторные цепи между входами sig+ (контакт 3) и sig- (контакт 2) SSM2141 фиксируют входное сопротивление около 47 кОм. Предварительно установленный P1 (1 кОм) позволяет точно настроить значение CMR. Однако этот компонент является необязательным и может быть убран. Как указано наложением компонентов преобразователя балансный-в-небалансный, он может быть заменен проводными соединениями. Это также было сделано на нашем прототипе. Обратите внимание, однако, что полное сопротивление источника должно полностью контролироваться, так как малейший дисбаланс сопротивления источника будет уменьшать достижимое значение CMR. Например, разница всего в 5 Ом наказывается увеличением CMR не менее чем на 20 дБ.

Выходной сигнал SSM2141 подается на повторитель напряжения NE5534 посредством предварительной настройки 10 кОм. Выход (с низким импедансом) NE5534 должен поддерживать практически любой вход предварительного усилителя. Замечания по фильтрации питания SSM2142 также применимы к SSM2141.

Предварительная настройка CMR должна быть отрегулирована с помощью дифференциального входного сигнала. Что может быть лучше для генерации такого сигнала, чем использовать SSM2142? Подайте сигнал 50 Гц, 100 мВ на вход 2142. Подключите его выходной сигнал к 2141. Затем настройте P1 для наименьшего возможного сигнала на выходе. Эта настройка соответствует наилучшей возможной CMR. Те из вас, у кого нет осциллографа (или доступа к нему), могут заменить предустановку в 1 кОм двумя проводными соединениями, как упоминалось ранее. Если вы можете получить два резистора по 23,2 кОм с допуском 0,1%, регулировка не требуется.

Как уже упоминалось, схемы питаются от симметричного источника питания ± 15 В. Потребление тока очень скромное, вы можете обойтись сетевым адаптером со стабилизированными выходами ± 15 В.

Рис. 3. Схема расположения медных дорожек и схема монтажа компонентов печатной платы, предназначенной для двух преобразователей небалансный-в-балансный и двух преобразователей балансный-в-небалансный.

Рисунок 4. Законченный прототип каждого из преобразователей.

Конструкция

Как видно из рисунка 3, печатная плата была разработана для двух преобразователей. Фото включает в себя макет проводников и план монтажа компонентов. Дизайн печатной платы для каждого преобразователя продублирован, поэтому вам нужна только одна плата для стерео.

Разумеется, лучше всего начать с разделения четырех небольших плат. Две платы поменьше используются для построения преобразователей небалансный-в-балансный, в то время как платы с двумя гнездами для микросхем на них предназначены для преобразователей балансный-в-небалансный. Ни одна из этих схем не должна представлять чрезмерных трудностей в пайке. Единственное, что следует здесь сделать, это соблюдать полярность электролитических конденсаторов и распиновку интегральных микросхем, когда они вставлены в их гнезда. Также убедитесь, что не перепутали две 8-контактные интегральные схемы на плате преобразователя с балансным на небалансным.

Большие неокрашенные медные области на платах действуют как заземляющие поверхности, которые помогают защитить цепи от шума и и других посторонних сигналов.

Закончив сборку плат преобразователей, вы можете установить их в небольшие коробки и подключить снаружи. Входные и выходные разъемы могут быть типа мини-DIN, в которых используются только три контакта. Несбалансированный преобразователь лучше всего расположить рядом с источником сигнала. Его дополнение, преобразователь балансный-в-небалансный, обычно устанавливается рядом с «приемником». Обратите внимание на соединения: выходы преобразователя из симметричного в симметричный являются зеркальным отображением входов преобразователя из симметричного в несбалансированный.

Цепи должны функционировать на месте. Фотография на рисунке 4 должна позволить вам сравнить ваши собственные успехи по сборке с результатами нашей инженерной лаборатории. В частности, вы должны немедленно обнаружить недостающие компоненты в (маловероятном) случае проблемы.

Последнее замечание, предназначенное для тех, кто проявляет большой интерес к цифрам. Ниже приведены весьма обнадеживающие результаты исчерпывающих измерений на паре этих преобразователей, созданных в нашей лаборатории:

• преобразователь небалансный-в-балансный: THD (общее гармоническое искажение) от 0,0008% до 0,0015% от 20 Гц до 20 кГц.
• преобразователь балансный-в-небалансный: THD между 0,0008% и 0,0011% от 20 Гц до 20 кГц; CMR от -140 дБ до -70 дБ от 20 Гц до 20 кГц.


Все измерения были выполнены с помощью тестовой системы Audio Precision.

Список компонентов:

Балансный-в-небалансный:
Резисторы:
R1,R2 = 23,22 кОм 1%
R3 = 1 МОм
R4 = 680 Ом
R5, R6 = 100 Ом
P1 = 1 кОм
P2 = логарифмический потенциометр 10 кОм (может быть заменен перемычкой)
Конденсаторы:
C1 = 22 пФ
C2, C4, C6, C7 = 100 нФ
C3, C5 = 100 мкФ / 25 В
C8, C9 = 47 мкФ / 25 В
Полупроводники:
IC1 = SSM2141 (Analog Devices)
IC2 = NE5534 (Philips Semiconductors)


Небалансный-в-балансный:
Резисторы:
R1, R2 = 301 Ом 1%
R3, R4 = 100 Ом
P1 = 10 кОм (или перемычка)
Конденсаторы:
C1, C3 = 100 мкФ / 25 В
C2, C4 = 100 нФ
Полупроводники:
IC1 = SSM2142 (Analog Devices)
 


Источник
Следующий пост

Посмотреть

Другие статьи

Комментарии0

Оставить комментарий