conversión de entrada de audio de un solo extremo a diferencial

Estoy trabajando en un módulo bluetooth para transmitir señales de audio. Las señales de audio que provienen de los conectores de audio tienen un solo extremo, pero la hoja de datos del módulo menciona que se recomiendan señales de audio diferenciales. ¿Hay alguna forma de convertir una señal de audio de un solo extremo a una diferencial? A través de la búsqueda en Internet, encontré este esquema:

Esquemático

¿Este método es válido para la conversión?

Si el módulo bluetooth tiene una entrada que acepta señales diferenciales, ¿no es la salida que desea convertir a diferencial?
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Respuestas (4)

Es posible que haya entendido mal el requisito, pero si no...

La forma antigua de obtener señales de audio diferenciales de una entrada de un solo extremo consistía simplemente en usar un transformador de frecuencia de audio, generalmente una pequeña cosa de entrada de 2 pines y salida de 3 pines, con una relación de giros de 1: 1.

La señal de un solo extremo alimenta la entrada del transformador, y el lado de salida es un par de señales diferenciales que puede polarizar donde lo necesite: conecte el pin central de la salida a tierra y la señal diferencial tiene referencia a tierra.

Además, una relación de vueltas distinta de 1:1 permite la coincidencia de impedancia/ganancia de tensión si se desea.

Este es un comentario extenso para abordar lo que creo que es una distinción importante que hacer: la distinción entre una salida balanceada y una salida diferencial .

Según el enlace proporcionado por Phil Frost, tenemos:

Una definición buena y precisa es "Un circuito balanceado es un circuito de dos conductores en el que ambos conductores y todos los circuitos conectados a ellos tienen la misma impedancia con respecto a tierra y a todos los demás conductores...

Por lo tanto, este sería un ejemplo de una salida balanceada :

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Aunque la salida está balanceada de acuerdo con la definición anterior, no es diferencial .

Para que la salida sea diferencial , debemos tener V o tu t + = V o tu t

Pero, para el circuito anterior, tenemos (para la condición de circuito abierto) V o tu t + = V o C , y V o tu t = 0

Este es un ejemplo de una salida diferencial :

esquemático

simular este circuito

Tenga en cuenta que esta no es una salida balanceada ya que la impedancia a tierra para el nodo de salida positivo es 600 Ω mientras que la impedancia a tierra para el nodo de salida negativo es 0 Ω .

Sin embargo, para ambos circuitos, el voltaje de salida de circuito abierto es V o tu t + V o tu t = V o C y la impedancia de salida es 600 Ω .

Finalmente, un ejemplo de una salida balanceada y diferencial:

esquemático

simular este circuito

En cuanto a la pregunta del OP:

¿Hay alguna forma de convertir una señal de audio de un solo extremo a una diferencial?

La respuesta es sí, por supuesto que la hay y ciertamente, como responde Anido Ghosh, un transformador de audio 1:1 le brindará una salida balanceada y diferencial , así como un aislamiento que puede o no ser útil.

Como han señalado otras respuestas, también puede convertir solo a diferencial o solo equilibrado.

Ya sea que realmente necesite ambos, uno u otro, o ninguno, es una cuestión de experimentación para decidir.

:-) A veces ayuda tener suficientes canas para recordar con cariño los días del transformador de audio... ¡Tan simple, tan elegante, tan robusto! Ahora me estoy poniendo nostálgico.
A menudo me he preguntado por qué los verdaderos amplificadores operacionales completamente diferenciales como ti.com/lit/an/sloa054d/sloa054d.pdf nunca entran en tales discusiones
¿Puede decirnos por qué el OP querría una señal diferencial, pero no balanceada?
De hecho, ¿puede decirnos cómo cualquier señal diferencial puede no estar balanceada? Si las impedancias no son iguales, entonces puede conducir cada mitad con el mismo voltaje, pero no la misma corriente, o con la misma corriente, pero no el mismo voltaje. Esto no me suena muy diferencial.

Utilice un amplificador operacional configurado como inversor de ganancia unitaria. Alimente su entrada desde el conector de audio. La salida del amplificador operacional es una versión invertida de la señal del conector de audio y es adecuada para dispositivos que requieren entradas diferenciales. +entrada = señal de conector de audio, -la entrada es o/p desde el inversor del amplificador operacional.

Con toda probabilidad, probablemente encontrará que el módulo Bluetooth funciona bien con una entrada de un solo extremo.

Aquí hay un diagrama del diseño de interfaces de audio balanceadas de alto rendimiento de Bill Whitlock y Rod Elliott; muestra varios métodos:

Topologías de controlador de línea balanceada

Tenga en cuenta el circuito superior izquierdo. Lo que propongo es una versión reducida de esto. La etapa no inversora que propongo se puede quitar dejando solo la etapa inversora del amplificador operacional. El diagrama muestra RS1 y RS2 para cuando se requiere equilibrio de impedancia y no digo que no necesite estos componentes, pero en muchas circunstancias no son necesarios, particularmente en la aplicación en cuestión.

Quienquiera que haya votado negativo, sería bueno que también publique un comentario que indique por qué el voto negativo. Gracias.
Esto no hace nada para equilibrar la señal, que es la parte importante de las señales diferenciales. No es necesario invertir la "-entrada".
Normalmente esperaría el uso de convertidores diferenciales de un solo extremo dedicados. ¿Funciona realmente este truco con el modo opamp invertido?
@alexan_e Me preocuparía un poco: probablemente habrá un desajuste de impedancia entre las dos patas de la señal "diferencial", supongo.
@PhilFrost Usar un amplificador operacional como este es una forma perfectamente buena para las aplicaciones de audio y es fácil hacer coincidir las impedancias de esta manera.
@Andyaka pero no has igualado las impedancias. Acaba de invertir la señal y esperaba que la impedancia de salida de su amplificador operacional inversor fuera igual a la impedancia de salida de la señal invertida. Es casi seguro que no está equilibrado en ningún grado útil.
@PhilFrost No he mencionado el equilibrio de las impedancias con seguridad, pero en muchos casos no son necesarias (audio, interfaz en distancias cortas, etc.)
@Andyaka Si corta el circuito como lo ha hecho, pierde las impedancias iguales en cada lado establecidas por RS1 y RS2. Con impedancias desiguales, el ruido inducido (incluso el ruido de baja frecuencia) no es completamente de modo común, por lo que el receptor no lo rechaza, por lo que no tiene sentido usar señalización diferencial. Se requiere equilibrar las impedancias a menos que solo desee usar piezas adicionales por diversión.
@PhilFrost si observa muchos convertidores diferenciales de un solo extremo para ADC, usan la técnica que propongo y algunos de ellos tienen resistencias de salida, pero esto es para evitar que la alta impedancia de entrada capacitiva altere los amplificadores operacionales pero no otra razón por lo que puedo decir. Solo necesita RS1 y RS2 si está conduciendo por una línea a un receptor distante. Recuerda que es audio y local.
@Andyaka, entonces, ¿por qué molestarse con la conversión? ¿Por qué no vincular la entrada (-) a tierra y simplemente enviar la señal directamente a la entrada (+)? ¿Qué se logra al proporcionar una copia invertida?
Las entradas de @PhilFrost Diff son excesivas si la fuente de señal está cerca o tal vez la entrada es un micrófono (como ahora parece estar en la pregunta). Si el "dispositivo" está diseñado para recibir una señal a través de un cable largo, la diferencia es la única forma. Como dije en mi respuesta "Con toda probabilidad, probablemente encontrará que el módulo Bluetooth funciona bien con una entrada de un solo extremo"

El esquema en su pregunta no se convierte en una señal diferencial. Es simplemente un circuito para sesgar dos micrófonos (probablemente, micrófonos electret).

La ventaja de una señal diferencial es una mayor inmunidad al ruido, especialmente en recorridos largos. Es posible que no necesite ninguna inmunidad adicional al ruido y, a menos que pueda acortar las carreras de un solo extremo al convertirlas en diferencial en alguna parte, no la obtendrá de todos modos.

Conectar su señal de audio de un solo extremo a la entrada diferencial es fácil: conecte la entrada inversora de la entrada diferencial a tierra y la señal de audio referenciada a tierra a la entrada no inversora.

Para hacer una señal diferencial, necesita dos líneas de señal con impedancias iguales que lleven la señal en su diferencia. Lo que no necesita es una copia invertida de su señal. Hay muchas maneras de lograrlo, pero con la electrónica moderna, en frecuencias de audio, un enfoque común que funciona bastante bien sin dejar de ser bastante simple es este:

controlador de línea balanceada

Esto es de un artículo, Diseño de interfaces de audio balanceadas de alto rendimiento , de Bill Whitlock y Rod Elliott. Observe que no hay inversión de la señal. R2, R3, R4 y C1 son el equilibrio. Es importante que R2 y R3 tengan exactamente el mismo valor: utilice resistencias de tolerancia del 0,1 %.

Phil, es posible que esto no funcione como esperas: la señal en el pin 2 será más alta que la señal en el pin 3; tiene que serlo o serían exactamente la misma señal. ¿Cómo puede funcionar esto como un controlador equilibrado para un par diferencial?
@Andyaka esencialmente no hay señal en el pin 3. No es necesario. El circuito incluso funciona, con tolerancia reducida a la variación de componentes y no idealidades, con R4 y C1 abiertos. La señal sigue estando en la diferencia. Las impedancias de salida de los pines 2 y 3 son iguales, por lo que se rechazará el ruido de modo común. ¿Cuál es el problema?
Esto supone una entrada totalmente balanceada en el dispositivo receptor; no creo que pueda asumir esto.
@Andyaka Es una suposición razonable, ya que cualquier otro tipo de entrada diferencial sería casi inútil.
He mostrado un circuito que proporciona niveles balanceados a una entrada de audio que es diferencial y sí, potencialmente sin impedancias balanceadas. Ha proporcionado un circuito que proporciona una impedancia equilibrada a la entrada pero niveles de señal totalmente desequilibrados. ya se cual usaria!!
Esto puede ser 'equilibrado' pero ciertamente no es una conversión de un solo extremo a diferencial. Para la operación de circuito abierto, el pin 2 tiene la señal de audio completa y el pin 3 tiene 0 voltios. Por lo tanto, la salida tiene un componente de modo común igual a la mitad de la señal de audio. Si esta fuera una verdadera salida diferencial, no habría un componente de salida de modo común.
@AlfredCentauri la última vez que revisé, tener un componente de modo común no fue un problema. Tener un CMRR degradado hasta la inutilidad porque las impedancias de salida no estaban balanceadas era un problema.
@PhilFrost, te has perdido el punto por completo. Si hay un componente de modo común, la salida no es una salida diferencial: punto final. Su respuesta está escrita como si creyera que este circuito proporciona una salida diferencial; no es así . El OP solicita una conversión de un solo extremo a diferencial.
El OP parece estar pidiendo una forma de hacer que una salida de audio de un solo extremo sea compatible con un dispositivo que tenga una entrada balanceada, independientemente del idioma en el que se haya redactado. Cada respuesta en este hilo hará esto, algunas mejores que otras. al igual que casi todas las cajas DI de $ 20 que puede comprar en Guitar Center. Si bien gastar demasiado esfuerzo para hacer coincidir las impedancias en las señales de kHz me parece un poco equivocado, los ingenieros de audio, en mi opinión, nos han superado a todos. ¡El mejor libro que he leído sobre conexión a tierra proviene de ingenieros de audio, que instalan sistemas complicados sin zumbidos!