¿Por qué no usar un chip de códec de audio como ADC/DAC de medición?

Los códecs de audio son muy lineales y tienen un nivel de ruido muy bajo, pero generalmente están acoplados a CA para eliminar las compensaciones de CC, y su precisión absoluta (factor de escala) no está muy controlada, ya que estos aspectos no son tan importantes en el trabajo de audio. Esto los hace menos adecuados para aplicaciones generales de ADC/DAC.

El problema se puede reformular como: ¿es posible aplicar piezas con poca estabilidad de ganancia y compensación en aplicaciones que exigen lo contrario? La respuesta es un rotundo sí, con un poco de ingenio.

A continuación presento el concepto general. Por supuesto, requiere mucha ingeniería sobre lo que se menciona: los circuitos solo están destinados a ilustrar el principio operativo. La elección de los algoritmos de calibración, los convertidores de referencia, los interruptores y el almacenamiento en búfer analógico y el procesamiento de señales determinarán el rendimiento del diseño.

CAD

El requisito general es tener un canal DAC adicional más de n , el número de canales de salida. También se requiere un ADC de referencia. Cada canal de salida se puede tomar de uno de los dos DAC adyacentes. El ADC recibe la salida de uno de los DAC. Mientras n DAC alimentan las salidas, uno está alimentando el ADC y se somete a calibración. Una vez realizada la calibración, el DAC vuelve a su servicio de salida y el siguiente DAC se conecta al ADC.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

El ejemplo anterior muestra un DAC de 4 canales utilizado para obtener 3 salidas. Las posiciones del interruptor son las siguientes:

• Calibración de CH1, salida de CH2-4: SW1 cerrado, SW11 abajo, SW12 abajo, SW13 abajo.

• Calibración de CH2, salida de CH1,3-4: SW2 cerrado, SW11 arriba, SW12 abajo, SW13 abajo.

• Calibración de CH3, salida de CH1-2,4: SW3 cerrado, SW11 arriba, SW12 arriba, SW13 abajo.

• (mostrado) Calibración de CH4, salida de CH1-3: SW4 cerrado, SW11 arriba, SW12 arriba, SW13 arriba.

Se aplica una forma de onda de prueba al canal bajo calibración y se captura usando un ADC "decente". Hay muchos ADC asequibles con precisión de CC, incluso los sigma-delta. La forma de onda capturada se puede medir para derivar coeficientes de calibración, como mínimo la compensación y la ganancia. La calibración en sí se realiza digitalmente en los datos binarios que se alimentan a los DAC.

Para una alimentación mínima de fallas de conmutación, los interruptores selectores de salida pueden ser MOSFET accionados ópticamente. Cada uno de los pares de interruptores unipolares que comprenden un par SW1x se puede poner en fase para operar con superposición. Cuando ambos polos de SW1x están conectados a la salida, la salida es efectivamente un promedio. Por un momento, necesita alimentar dos canales con los mismos datos de salida. Tenga en cuenta que cada canal tiene una calibración diferente, por lo que alimentar la misma salida a DAC de dos canales requiere alimentar diferentes entradas binarias.

Este concepto, cuando se desarrolla adecuadamente, se puede utilizar para producir resultados muy precisos y de alto rendimiento a un costo muy razonable. Si tiene cuidado, puede obtener canales precisos de más de 16 bits por un par de dólares. Dado que la mayoría de los DAC de audio producen señales de pequeña amplitud, es necesario escalar y amplificar la señal. Todas las etapas de procesamiento de señales deben estar dentro del bucle de calibración, a menos que tengan suficiente precisión de CC. Este concepto también garantiza inherentemente el diagnóstico de cada canal.

ADC

El mismo enfoque se puede aplicar a la inversa: tener un canal ADC adicional y un DAC de referencia. La entrada a cada ADC se puede tomar de tres fuentes: uno de los dos canales de entrada adyacentes o el DAC de referencia. Mientras n ADC muestrean las entradas, uno está muestreando una señal de referencia del DAC y se somete a calibración. Una vez realizada la calibración, el ADC vuelve a su función de entrada y el siguiente ADC se conecta al DAC.

^{simular este circuito}

El ejemplo anterior muestra un ADC de 4 canales utilizado para muestrear 3 entradas. Las posiciones del interruptor son las siguientes:

• Calibración de CH1, entrada de CH2-4: SW1 cerrado, SW11 abajo, SW12 abajo, SW13 abajo.

• Calibración de CH2, entrada de CH1,3-4: SW2 cerrado, SW11 arriba, SW12 abajo, SW13 abajo.

• Calibración de CH3, entrada de CH1-2,4: SW3 cerrado, SW11 arriba, SW12 arriba, SW13 abajo.

• (mostrado) Calibración de CH4, entrada de CH1-3: SW4 cerrado, SW11 arriba, SW12 arriba, SW13 arriba.

Diseños de niveles múltiples

Es posible aplicar el mismo concepto al convertidor de referencia. Suponga que tiene un códec de audio de 6 canales, con 6 entradas y 6 salidas. Puede aplicarlo a un diseño de E/S analógicas de 4 canales, dejando 5 DAC para salidas y un DAC para referencia secundaria, 5 ADC para entradas, un ADC para referencia secundaria. Finalmente, solo necesita un ADC o DAC de referencia principal. Esa se puede usar para calibrar la referencia secundaria, esa se puede usar para calibrar la otra referencia secundaria y, finalmente, las referencias secundarias se usan para calibrar los ADC y DAC que se usan para la conversión de datos de E/S. Es más o menos un laboratorio de estándares en miniatura :)