¿Por qué no usar el chip de códec de audio como medida ADC / DAC?

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Estoy trabajando en un proyecto que necesita ADC / DAC simultáneamente. Las especificaciones del ADC incorporado en los microcontroladores típicos son bastante débiles, y el ADC separado con buenas especificaciones es mucho más costoso que los códecs de audio. Por ejemplo, compare estas tres opciones:

(A) STM32F373 tiene tres ADC de 16 bits, 50 cps máx. que alcanzan un poco menos de 15 bits de efectividad. Este es quizás el mejor de ST para ADC de alta resolución; También tiene algunos ADC de 12 bits de alta velocidad y algunos DAC. Precio: $ 3.26.

(B) un códec de audio basado en I2S, el PCM3168A tiene seis ADCs de 24 bits, 96 cps y 17.5 bits efectivos (si mi lectura de la hoja de datos es correcta). Esto también tiene ocho DAC con especificaciones similares. Todas las entradas / salidas son totalmente diferenciales, y el filtro de paso alto en el ADC se puede desactivar. Precio: $ 4.90.

(C) el ADC de TI más económico con especificaciones similares es el ADS1271, un ADC de 24 bits, 105 cps y con ~ 17.5 bits efectivos. Sin embargo, esta es una parte de $ 6.31, ¡y solo tiene un canal! Una parte de cuatro canales cuesta $ 14.65.

Por lo tanto, el uso de códecs de audio para la medición parece bastante atractivo.

¿Por qué no hace esto? ¿Hay algún inconveniente inesperado en el uso de códecs de audio para la medición?

    
pregunta Alex I

2 respuestas

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

    
respondido por el Dave Tweed
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El problema se puede reformular de la siguiente manera: es posible aplicar piezas con poca ganancia y estabilidad de compensación en las 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 tienen la intención de ilustrar el principio de operación. La elección de los algoritmos de calibración, convertidores de referencia, conmutadores, almacenamiento en búfer analógico y procesamiento de señales determinará el rendimiento del diseño.

DAC

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

simular este circuito : esquema creado usando 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.

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

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

  • (se muestra) CH4 calibrate, CH1-3 salida: SW4 cerrado, SW11 arriba, SW12 arriba, SW13 arriba.

Se aplica una forma de onda de prueba al canal bajo calibración y se captura mediante un ADC "decente". Hay muchos ADC asequibles y precisos en DC, incluso sigma-delta. La forma de onda capturada se puede medir para obtener los coeficientes de calibración, al menos el desplazamiento y la ganancia. La calibración en sí misma se realiza digitalmente en los datos binarios introducidos en los DAC.

Para una alimentación mínima de interrupción de conmutación, los interruptores de selección de salida pueden ser MOSFET activados ópticamente. Cada uno de los pares de interruptores monopolares que comprenden un par SW1x se puede sincronizar 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 a 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 los DAC de dos canales requiere alimentar diferentes entradas binarias.

Este concepto, cuando se desarrolla adecuadamente, se puede usar para producir resultados muy precisos y de alto rendimiento a un costo muy razonable. Si tiene cuidado, puede obtener canales de 16+ bits exactos por un par de dólares. Dado que la mayoría de los DAC de audio producen señales de pequeña amplitud, se necesita un escalado y amplificación de la señal. Cualquier etapa de procesamiento de la señal debe estar dentro del bucle de calibración, a menos que sean lo suficientemente precisas para DC 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 puede tomarse de tres fuentes: uno de los dos canales de entrada adyacentes o el DAC de referencia. Mientras los ADC n muestrean las entradas, uno toma muestras de una señal de referencia del DAC y se somete a calibración. Una vez que se realiza la calibración, el ADC vuelve a su servicio de entrada y el siguiente ADC se adjunta 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.

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

  • CH3 calibrate, CH1-2,4 input: SW3 cerrado, SW11 arriba, SW12 arriba, SW13 abajo.

  • (se muestra) CH4 calibrate, CH1-3 input: SW4 cerrado, SW11 arriba, SW12 arriba, SW13 arriba.

Diseños multinivel

Es posible aplicar el mismo concepto al convertidor de referencia. Supongamos 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 una referencia primaria ADC o DAC. El que se puede usar para calibrar la referencia secundaria, el que se puede usar para calibrar la otra referencia secundaria y, finalmente, las referencias secundarias se usan para calibrar los ADC y DAC utilizados para la conversión de datos de E / S. Es prácticamente un laboratorio de estándares en miniatura :)

    
respondido por el Kuba Ober

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