Stadio d'uscita per dac pcm 63k

[Davide]

Buongiorno a tutti,

entrando più nel dettaglio, uno dei requisiti fondamentali per il progetto di un convertitore I/V da porre in uscita ad un DAC del tipo TDA1541 è la necessità di una bassa impedenza di ingresso (idelamente nulla). Il Data Sheet del 1541 riporta una compliance di 25 mV massimi sull' uscita per avere garantite le prestazioni di linearità dichiarate. Il 90% degtli schemi "alternativi" - ovvero non basati su OP-AMP retoazionati - se ne infischia completamente di tale requisito realizzando il convertore I/V con una resistenza di qualche centinaio di ohm. In questo modo il segnale ottenuto ha già un buon livello di tensione ma la linearità peggiora proporzionalmente; il fatto che poi questa configurazione suoni comunque meglio dell' OP-AMP originale è ampiamente dimostrato ma si tratta comunque di una condizione non ottimale.
Quindi l'impedenza del convertitore I/V deve essere bassa 5-10 ohm al massimo, la tensione ai capi sarà proporzionalmente bassa, dell' ordine dei mV e dovrà essere opportunamente amplificata per portarla ad un buon livello di linea.
Un trasformatore di segnale con un rapporto di trasformazione "in salita", sembra il candidato ideale per realizzare il convertitore I/V perchè:
1) Può fornire al primario la bassa impedenza richiesta.
2) Fornisce un guadagno di tensione proporzioanle al rapporto di trasformazione. Queto permette di ridurre la quantità di guadagno necessaria a valle del convertitore I/V ed i problemi correlati all' amplificazione di segnali molto bassi.
3) La sua banda passante necessariamente limitata in alto svolge quasi completamente la funzione di filtraggio anti aliasing.
4) Se di buona fattura suona veramente molto bene.

Il problema principale di questa configurazione è appunto la necessità di gestire il bias di corrente in uscita al DAC. La soluzione di disaccoppiare in DC il primario del trasformatore con un condensatore non è a mio avviso vantaggiosa perchè:
1) in ogni caso sarà necessario porre un resistore di valore basso in uscita al DAC verso massa.
2) il trasformatore avrà un'impedenza primaria dello stesso ordine e per accoppiare impedenze cosi basse senza limitare la banda passante alle basse frequenze il condensatore verrebbe di valore molto elevato: diventa il nuovo collo di bottiglia del circuito.
3) per usare un valore "decente" si potrebbe utilizzare un trasformatore con impedenza primaria elevata (relegando di fatto la conversione I/V interamente alla resistenza), ma tale componente difficilmente potrà avere un rapporto di trasformazione in salita significativo e si perderebbero quindi i vantaggi del guadagno in tensione. A questo punto, forse, il trasformatore in oggetto converrebbe mettrlo da un'altra parte.

Le soluzioni interessanti a questo punto sono due:

1) Usare un trasformatore che sopporti il bias di corrente senza saturare il nucleo; in questo caso il nucleo in questione sarà più grosso e probabilmente si dovrà rinunciare ai materiali più performanti (un Fe/Ni al 50% dovrebbe comunque andare) e forse si dovrà rinunciare anche a rapporti di trasformazione molto spinti.

2) Usare un trasformatore dotato di due primari dei quali uno verrà collegato in uscita al DAC e l'altro dovrà essere collegato ad un generatore di corrente regolato in maniara che il flusso totale venga annullato. In questo caso si potrebbero utilizzare anche step-up per testine MC con rapporti di trasformazione in forte salita (oltre un certo limite non conviene andare) con nuclei in super permalloy.

Io personalmente ho sperimentato la prima soluzione, il trasformatore da me impiegato ha un rapporto di trasformazione 1:5, opportunamente terminato fornisce un carico al primario di circa 20 ohm (si, ok, è un pò più alto rispetto ai valori ottimali), e regge senza problemi i 2mA di bias.
Si tratta di un componente di provenienza surplus che originariamente pilotava le bobine di un registratore su nastro magnetico di tipo professionale (su un formato fra l'altro a me sconosciuto ma proveniva da magazzini della RAI..). E' un componente espressamente realizzato per impieghi audio ed era realizzato...in Italia dalla El.Tra. di Torino.
E' ovviamente su contenitore schermato e molto probabilmente il nucleo dovrebbe essere realizzato in Fe/Ni 50%.
I limiti principali sono sicuramente il basso rapporto in salita e la banda passante estesa oltre i 200 KHz (!!) che non aiuta nel filtraggio anti alias.
Il tutto è seguito da circuito di deenfasi (con rele), filtro anti alias (6 dB/oct) e stadio di guadagno (a valvole, of course).

Se qualcuno ha voglia di sperimentare (o ha già sperimentato) la seconda soluzione sarei contento mi riferisse le sue impressioni.

Ciao.

Davide

[Davide]

Tanto per rientrare in Topic e dare qualche informazione che risponda alla domanda iniziale, dal datasheet del PCM63 risulta che l'uscita di corrente di quest'ultimo è di tipo bipolare, a differenza di quella del TDA1541 per esempio. Quindi su un eventuale carico connesso a tale uscita non dovrebbe scorrere nessun bias di corrente ma soltanto la corrente del segnale audio.
Questo risolve di fatto il problema della saturazione del nucleo di un eventuale trasformatore usato con funzione di convertitore I/V.

Penso che tale DAC, nella versione selezionata per la massima linearità, possa essere uno dei migliori (dal punto di vista sonoro) convertitori mai prodotti, probabilmente anche superiore al TDA1541S1.

Un'altra soluzione estremamente interessante che risolverebbe in maniera elegante il problema della saturazione del nucleo con il TDA1541 è quella di impiegare due di questi DAC in controfase con un trasformatore con due primari simmetrici (per canale).
Questa soluzione avrebbe anche una serie di ulteriori vantaggi, ma richiede un minimo di glue-logic a monte dei DAC per splittare il segnale digitale in ingresso. Su alcuni lettori commerciali credo che tale configurazione sia stata già utilizzata, ma ovviamente con i soliti OP-AMP in uscita.....

Qualcuno ci ha già provato o vuole provarci?

Ciao

Davide