Compromiso necesario combinando terrenos virtuales

Esta es una larga historia por la que espero que la solución que proponga para un problema que he creado sea estable. Pero los amplificadores operacionales pueden sorprenderte, así que déjame explicarte. El circuito es grande y complejo, por lo que me gustaría evitar publicarlo a favor de discutir el tema clave en el que me estoy enfocando.

Tengo un circuito que usa varios amplificadores operacionales de riel-riel de bajo voltaje para algún procesamiento de audio, y está alimentado por un suministro de 9 V CC de un solo extremo aislado, y se reduce aún más a 5 V CC con un regulador 7805 estándar. Ahora tengo el hábito de usar siempre un amplificador operacional de repuesto en una configuración de búfer de ganancia unitaria para desarrollar una tierra virtual, usando un par de resistencias combinadas y un límite de derivación en la entrada +. Por lo general, también pondré un límite en la salida. Y en casos como este donde el suministro está aislado, también conectaré esa tierra virtual a los pines de tierra de todos los conectores de entrada o salida hacia y desde el dispositivo.. Esto significa que no se necesitan tapas de acoplamiento de CA en los pines de entrada o salida de señal, aunque generalmente agregaré una pequeña resistencia en todos los puntos de E/S para ayudar a proteger los amplificadores operacionales. De todos modos, he estado haciendo esto durante años y he tenido buenos resultados con un ruido aceptablemente bajo. Y dado que el circuito ya tiene un regulador de 5 V CC incorporado, agregué una "salida AUX de 5 V CC" en un conector de "clavija", para que pueda alimentar un dispositivo "futuro" complementario.

Bueno, no pasó mucho tiempo antes de que decidiera que necesitaba un dispositivo complementario de este tipo en una caja separada. Una especie de producto "adaptador" adicional. Y me gustaría usar esa "salida AUX 5VDC" en el dispositivo #1 para alimentar mi dispositivo complementario. Este segundo dispositivo también usa los mismos amplificadores operacionales de bajo voltaje que el #dispositivo 1. Por lo tanto, el segundo dispositivo también necesitará una conexión a tierra virtual de 1/2 V. Si la señal de audio del segundo dispositivo siempre está conectada al primer dispositivo con un cable de audio estándar, entonces ya tengo una conexión a tierra virtual a través del cable de tierra de ese cable de audio, y ni siquiera necesitaré un segundo "repuesto". OP amp" V-tierra en el dispositivo #2. Tal vez solo un condensador extra. Pero también quiero que el segundo dispositivo pueda funcionar de forma independiente, SIN conexión de cable de audio al primer dispositivo. Y para que eso funcione, el dispositivo #2 debe tener su propia tierra virtual independiente. Supongo que podría usar un divisor de voltaje y un capacitor, pero prefiero hacerlo con un amplificador operacional de repuesto, como lo hice en el dispositivo n. ° 1.

Pero, ¿puedes ver el problema que me he creado? Si el dispositivo n.º 2 tiene su propia conexión a tierra virtual de 1/2 V y funciona con el mismo suministro que el dispositivo n.º 1, habrá un conflicto si estos dos dispositivos están conectados con un cable de audio. A menos que las dos tierras virtuales sean absolutamente idénticas 2.500000000... VDC, habrá corriente no deseada fluyendo entre las dos tierras virtuales. Como mínimo, esperaría que eso agregara ruido. En el peor de los casos, podría causar una extraña inestabilidad.

Entonces, una solución que estoy considerando es usar un circuito como este, para la conexión a tierra virtual en el dispositivo n.° 2... ingrese la descripción de la imagen aquíEste circuito es casi idéntico al circuito de conexión a tierra virtual que estoy usando en el dispositivo n.° 1, pero esta vez He agregado una resistencia al amplificador operacional. Esa resistencia solo puede ser de unos 50 ohmios. Ahora, si los dos terrenos virtuales se encuentran, y hay una pequeña diferencia de CC fraccional entre los dos, espero que se disipe silenciosamente a través de esa resistencia de 50 ohmios. La tierra virtual del dispositivo #1 en realidad "prevalecerá" como la tierra en V dominante en ese caso. Entonces, si el dispositivo n.° 1 se desconecta de la cadena de audio, el dispositivo n.° 2 se puede usar de forma independiente, porque todavía tendrá algo muy cercano (dentro de los 50 ohmios) de la verdadera tierra virtual.

Ahora todo esto parece funcionar bien en el banquillo, pero ¿alguien ve algún problema potencial aquí? Es difícil saberlo con certeza. Ambos dispositivos deberán tener sus E/S de audio conectadas a una amplia variedad de equipos utilizados por los músicos (pedales de efectos, mesas de mezclas PA, etc.), por lo que es imposible probar todos los casos. Si ve algunos errores y tiene algunos remedios, tenga en cuenta que el dispositivo n.° 1 ya está comprometido con lo que resultó ser un costoso prototipo de diseño de PC de 4 capas, y los prototipos ya se han construido. Por lo tanto, sería mejor que los remedios se limitaran al dispositivo n. ° 2, ya que solo se encuentra en la etapa SCAD de la placa de pruebas. :-)

Gracias por cualquier pensamiento.

¿Por qué exactamente estás haciendo todo esto? Está utilizando muchos componentes y tácticas perversas para algo que debería ser simple y que, a través de algunas técnicas cuidadosas de enrutamiento, diseño y conexión a tierra, se puede tratar de forma gratuita y con menos molestias... por lo que leí en un tema similar sobre planos de tierra Olin podría tener algo divertido que decir sobre esto jaja
En todos los circuitos de audio que he creado que usaban un suministro de un solo extremo, usaban un amplificador OP para derivar una tierra de 1/2 V, Y usaban esa tierra religiosamente como el ÚNICO punto de referencia para todos los rastros de tierra, planos de tierra y yo externo. /O tierra, ha dado como resultado un circuito mucho más silencioso que el enfoque "tradicional", de acoplamiento de CA y solo usando 0V para mis tierras de E/S de audio externas. Honestamente, incluso después de muchos años, los amplificadores operacionales aún pueden sorprenderme. así que cuando encuentro una combinación que realmente funciona bien, es difícil abandonarla, incluso si agrega algunos componentes y crea algunos desafíos nuevos. :-)
¿Por qué no simplemente agrega las tapas de bloqueo de CC?

Respuestas (1)

¿Qué pasa si usa su segundo (o de hecho el primero, o de hecho cualquiera de todos los otros dispositivos) con un dispositivo hecho por alguien que piensa lo mismo que usted con un suministro compartido en algún dispositivo más amplio? Llame a la persona y pregúntele si un motivo es el mismo que el otro motivo. es decir, ¿la tierra de señal tiene el mismo nivel que la tierra de alimentación?

Puedo decirte que en los diseños "económicos" muchos lo hacen de la misma manera que tú, pero a menudo usan la entrada de potencia completa para dividir. Así que vas a competir. Violentamente, si su referencia es 12V/2.

Si desea hacer un buen diseño que sea universalmente compatible, asegúrese de que las conexiones a tierra externas estén todas en el mismo nivel cableado. Entonces, si solo emite un +5V y un 0V, ese 0V debería ser el mismo que el 0V en todos los enchufes de audio. Ese es un buen diseño.

Entonces, en esta configuración, lo que hubiera sido mejor es dar salida a sus 5 V CC originales como +/- 2.5 V CC equilibrados alrededor de su tierra virtual 'débil' en un enchufe de tres pines. Entonces, de repente, tiene una fuente de alimentación equilibrada para su segunda caja e incluso podría diseñar un sistema en el que, si el pin central no se eleva a la mitad de VCC, lo hace usted mismo si es necesario. O para un uso separado, haga un segundo enchufe de CC con un interruptor incorporado que active el divisor y desconecte las líneas de 5 V CC (por seguridad).

El diseño de gama alta o 'riel común' si tiene un conector de entrada de CC, es usar un inversor de voltaje para obtener su riel negativo, + 9 V CC --> -8 V CC; +9 V CC --> +5 V CC; -8 V CC --> -5 V CC (o 2,5 V para cada uno, pero luego, use 5 V CC para mayor eficiencia). O incluso mejor, una CC equilibrada completamente aislada. Desafortunadamente, nadie más que fabrica dispositivos de $10 hace esto, por lo que ni siquiera puedes asumirlo.

¿Desea utilizar un VCC dividido como tierra virtual con un adaptador de CC externo y mantenerse seguro y compatible con "situaciones de alimentación compartida"? Una de dos opciones:

  1. Tendrá que desacoplar y enrutar la tierra externa dura a través de la entrada y la salida o simplemente forzar su propia tierra en la salida nuevamente. No es genial, pero es lo que es.
  2. Agregue el aislamiento DCDC en la entrada DC que mencioné antes. Si su consumo es tan bajo como 1 W CC/CC con salida de +5 V y 0 V o salida de +3,3 V, 0 V y -3,3 V, el costo es de aproximadamente $5. Usando el balanceado con dos reguladores de baja caída de 2.5V, uno negativo y uno positivo, incluso obtendrá una estabilidad térmica mucho mejor en el suelo y su relación con sus suministros. Además, genera y absorbe la máxima corriente disponible sin problemas ni aberraciones. De hecho, habría sido posible hacer el mismo truco con su entrada de CC original dividiendo primero los 9 V a tierra virtual y luego bajando las líneas de alimentación originales a +2,5 V y -2,5 V.

Si caes en la madriguera del conejo de "Oh, simplemente supondré que es solo una diferencia de 0,1 V", en seis meses te estarás pateando a ti mismo, porque tienes un sistema de 9 V CC con una tierra virtual de 4,5 V, etc.

Bueno, primero, ¡gracias por tomarte el tiempo! Es posible que no tenga que ir tan lejos como algunas de sus sugerencias, porque al menos puedo garantizar que solo MIS dispositivos compartirán este suministro. Entonces, la madriguera del conejo que mencionas no sucederá a menos que el usuario ignore mis instrucciones. :-) Pero en cierto sentido, ¡ESTOY usando 3 cables para el suministro externo! El +5 y el 0 se introducen a través del conector de alimentación, y los 2,5 V se introducen a través de las tomas de tierra de los conectores de audio. Entonces, mi segundo V-gnd (con la resistencia) fue mi intento de tener una tierra de "respaldo", como sugieres.
@Randy Entonces, ¿por qué no hacer una detección de encendido con una copia de seguridad retardada/inhibida por RC? La resistencia es una idea decente para la protección, pero básicamente estás diciendo "99% de los casos, no necesitaré presentar a la competencia, pero en caso de que quiera estar siempre disipando energía allí". Dicho esto, tenga en cuenta los consejos restantes en todos los casos. Es fácil quedarse atascado en una idea por solo uno o demasiados diseños por mucho tiempo.
Eso es cierto. Como he comentado antes en otros foros, los diseñadores de todas las disciplinas tienden a jugar de forma segura, con cosas que han funcionado en el pasado. ¡Culpable! :-) Pero de todos modos, gracias de nuevo por los comentarios. Votaría su consejo "a favor", pero soy demasiado nuevo en el foro para tener ese privilegio. Cuando mi calificación suba, me aseguraré de volver a visitarlo y hacerlo. Agradezco mucho que me haya dicho si pensaba que mi solución actual funcionaría. ¡Las soluciones alternativas siempre son bienvenidas, por supuesto! Pero ayudar a alguien a encontrar una manera de salir de un agujero suele ser más difícil que sugerir un enfoque completamente nuevo. :-)
Acabo de volver a visitar esta publicación, y ahora que he estado en SE por un tiempo, puedo darle a su respuesta el elogio que se merece. Ahora, incluso con todos los desafíos de la ingeniería, desearía que comercializar un diseño de producto fuera tan fácil como resolver dilemas técnicos. :-)
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