데이터 시트에서 바로 : 이것은 실제로 합리적인 필터 회로입니까?

Cirrus Logic CS42426-CQZ 는 사용자 지정 USB 사운드 카드에 사용하려는 오디오 코덱입니다. 거기에서 데이터 시트를 다운로드 할 수 있습니다.

61 페이지의 데이터 시트에는 각 A / D 및 D / A 채널에 권장되는 회로가 있지만 이러한 복잡성의 목적을 알 수는 없습니다. 물론, 그들은 차동과 단일 엔드 사이를 변환하고 있지만 그렇게하는 간단한 방법이 있습니다.

회로도를 일부 오픈 소스 시뮬레이션 소프트웨어 ( http://qucs.sourceforge.net/ )에 복사했으며 주파수 응답이 명시된 목적과도 일치하지 않습니다. 그러나 최소한 가청 응답은 다소 평평합니다.

ADC In : (그래서 앤티 앨리어싱 필터의 일부로 ADC 자체의 CMRR에 의존하고 있습니다. 그런 생각을 좋아하지 않습니다.)

DAC 출력 :

실제로 실제 응용 프로그램에서 해당 회로를 사용하는 것에 대해 진지하다고 생각하지만 그 점에 대해서는 잘못된 것 같습니다. 내가 말했듯이, 가청 응답은 상당히 평평하기 때문에 아마도 휴대 전화 나 다른 RF 없이는 괜찮을 것 같지만 OpAmps 101의 오래된 클래식으로 더 잘 할 수 있다고 생각합니다.

오디오 ADC가 20kHz의 공칭 이득에서 300kHz의 피크로 상승해야 할 이유가 있습니까? 아니면 DAC가 20Hz에서 약 0.5Hz로 동일한 작업을 수행합니까?

완전성을 위해 여기 시뮬레이션 파일이 있습니다. 파일을 일반 텍스트 파일로 복사하고 시스템이 신경 쓰이면 확장명을 .sch로 변경 한 다음 Qucs에서 엽니 다.

ADC 입력 :

<Qucs Schematic 0.0.18>
<Properties>
  <View=785,329,2079,1333,0.883466,0,0>
  <Grid=10,10,1>
  <DataSet=DiffAmpIn.dat>
  <DataDisplay=DiffAmpIn.dpl>
  <OpenDisplay=1>
  <Script=DiffAmpIn.m>
  <RunScript=0>
  <showFrame=0>
  <FrameText0=Title>
  <FrameText1=Drawn By:>
  <FrameText2=Date:>
  <FrameText3=Revision:>
</Properties>
<Symbol>
</Symbol>
<Components>
  <GND * 1 1120 480 0 0 0 0>
  <VProbe In 1 1110 460 28 -31 0 0>
  <GND * 1 940 640 0 0 0 0>
  <C C4 5 1010 520 -26 17 0 0 "100 uF" 1 "" 0 "neutral" 0>
  <GND * 1 1080 640 0 0 0 0>
  <R R18 5 1080 590 16 -10 0 3 "10 kOhm" 1 "26.85" 0 "0.0" 0 "0.0" 0 "26.85" 0 "US" 0>
  <.DC DC1 5 930 700 0 41 0 0 "26.85" 0 "0.001" 0 "1 pA" 0 "1 uV" 0 "no" 0 "150" 0 "no" 0 "none" 0 "CroutLU" 0>
  <C C6 5 1230 420 -26 17 0 0 "470 pF" 1 "" 0 "neutral" 0>
  <R R23 5 1310 380 -9 10 0 2 "634 Ohm" 1 "26.85" 0 "0.0" 0 "0.0" 0 "26.85" 0 "US" 0>
  <R R22 5 1350 500 -9 10 0 2 "91 Ohm" 1 "26.85" 0 "0.0" 0 "0.0" 0 "26.85" 0 "US" 0>
  <OpAmp OP3 5 1230 500 -26 -42 1 0 "1e6" 0 "15 V" 0>
  <R R27 5 1300 570 16 -10 0 3 "634 Ohm" 1 "26.85" 0 "0.0" 0 "0.0" 0 "26.85" 0 "US" 0>
  <C C8 5 1600 610 17 -26 0 1 "2700 pF" 1 "" 0 "neutral" 0>
  <Vac V1 5 940 590 18 -26 0 1 "1 V" 1 "1 kHz" 1 "0" 0 "0" 0>
  <C C7 5 1390 660 -26 17 0 0 "470 pF" 1 "" 0 "neutral" 0>
  <R R24 5 1470 620 -9 10 0 2 "634 Ohm" 1 "26.85" 0 "0.0" 0 "0.0" 0 "26.85" 0 "US" 0>
  <R R25 5 1510 740 -9 10 0 2 "91 Ohm" 1 "26.85" 0 "0.0" 0 "0.0" 0 "26.85" 0 "US" 0>
  <OpAmp OP4 5 1390 740 -26 -42 1 0 "1e6" 0 "15 V" 0>
  <GND * 1 1260 780 0 0 0 0>
  <R R26 5 1310 760 -9 10 0 2 "332 Ohm" 1 "26.85" 0 "0.0" 0 "0.0" 0 "26.85" 0 "US" 0>
  <.AC AC1 5 930 750 0 41 0 0 "log" 1 "0.1 Hz" 1 "100 MHz" 1 "901" 1 "no" 0>
  <VProbe Diff 1 1820 610 -16 28 0 3>
  <GND * 1 1760 740 0 0 0 0>
  <VProbe Neg 1 1750 720 28 -31 0 0>
  <GND * 1 1760 500 0 0 0 0>
  <VProbe Pos 1 1750 480 28 -31 0 0>
</Components>
<Wires>
  <1080 480 1100 480 "" 0 0 0 "">
  <1080 480 1080 520 "" 0 0 0 "">
  <1040 520 1080 520 "" 0 0 0 "">
  <940 520 980 520 "" 0 0 0 "">
  <940 520 940 560 "" 0 0 0 "">
  <940 620 940 640 "" 0 0 0 "">
  <1080 620 1080 640 "" 0 0 0 "">
  <1080 520 1080 560 "" 0 0 0 "">
  <1080 520 1200 520 "" 0 0 0 "">
  <1300 420 1300 500 "" 0 0 0 "">
  <1260 420 1300 420 "" 0 0 0 "">
  <1180 420 1200 420 "" 0 0 0 "">
  <1300 500 1320 500 "" 0 0 0 "">
  <1380 500 1400 500 "" 0 0 0 "">
  <1180 380 1180 420 "" 0 0 0 "">
  <1180 380 1280 380 "" 0 0 0 "">
  <1400 380 1400 500 "" 0 0 0 "">
  <1340 380 1400 380 "" 0 0 0 "">
  <1270 500 1300 500 "" 0 0 0 "">
  <1180 420 1180 480 "" 0 0 0 "">
  <1180 480 1200 480 "" 0 0 0 "">
  <1300 500 1300 540 "" 0 0 0 "">
  <1400 500 1600 500 "" 0 0 0 "">
  <1600 500 1600 580 "" 0 0 0 "">
  <1600 640 1600 740 "" 0 0 0 "">
  <1300 600 1300 720 "" 0 0 0 "">
  <1460 660 1460 740 "" 0 0 0 "">
  <1420 660 1460 660 "" 0 0 0 "">
  <1340 660 1360 660 "" 0 0 0 "">
  <1460 740 1480 740 "" 0 0 0 "">
  <1340 620 1340 660 "" 0 0 0 "">
  <1340 620 1440 620 "" 0 0 0 "">
  <1500 620 1560 620 "" 0 0 0 "">
  <1540 740 1560 740 "" 0 0 0 "">
  <1560 740 1600 740 "" 0 0 0 "">
  <1560 620 1560 740 "" 0 0 0 "">
  <1430 740 1460 740 "" 0 0 0 "">
  <1340 660 1340 720 "" 0 0 0 "">
  <1340 720 1360 720 "" 0 0 0 "">
  <1260 760 1260 780 "" 0 0 0 "">
  <1260 760 1280 760 "" 0 0 0 "">
  <1340 760 1360 760 "" 0 0 0 "">
  <1300 720 1340 720 "" 0 0 0 "">
  <1600 740 1710 740 "" 0 0 0 "">
  <1710 740 1740 740 "" 0 0 0 "">
  <1710 620 1710 740 "" 0 0 0 "">
  <1710 620 1800 620 "" 0 0 0 "">
  <1600 500 1710 500 "" 0 0 0 "">
  <1710 500 1740 500 "" 0 0 0 "">
  <1710 500 1710 600 "" 0 0 0 "">
  <1710 600 1800 600 "" 0 0 0 "">
</Wires>
<Diagrams>
  <Rect 880 1239 498 359 3 #c0c0c0 1 10 1 0.1 1 1e+08 1 -0.540919 1 6 1 -1 0.5 1 315 0 225 "" "" "">
    <"In.v" #0000ff 0 3 0 0 0>
    <"Diff.v" #ff0000 0 3 0 0 0>
  </Rect>
  <Rect 1480 1239 498 359 3 #c0c0c0 1 10 1 0.1 1 1e+08 1 -1 0.5 1 1 -0.100118 1 4.34333 315 0 225 "" "" "">
    <"Pos.v" #0000ff 0 3 0 0 0>
    <"Neg.v" #ff0000 0 3 0 0 0>
  </Rect>
</Diagrams>
<Paintings>
</Paintings>

DAC 출력 :

<Qucs Schematic 0.0.18>
<Properties>
  <View=-56,169,1878,1394,0.909091,0,88>
  <Grid=10,10,1>
  <DataSet=DiffAmpOut.dat>
  <DataDisplay=DiffAmpOut.dpl>
  <OpenDisplay=1>
  <Script=DiffAmpOut.m>
  <RunScript=0>
  <showFrame=0>
  <FrameText0=Title>
  <FrameText1=Drawn By:>
  <FrameText2=Date:>
  <FrameText3=Revision:>
</Properties>
<Symbol>
</Symbol>
<Components>
  <GND * 1 40 660 0 0 0 0>
  <IProbe Neg 1 370 500 -26 16 0 0>
  <IProbe Pos 1 370 620 -26 16 0 0>
  <R R16 5 250 620 -9 10 0 2 "0 Ohm" 1 "26.85" 0 "0.0" 0 "0.0" 0 "26.85" 0 "US" 0>
  <R R17 5 250 500 -9 10 0 2 "0 Ohm" 1 "26.85" 0 "0.0" 0 "0.0" 0 "26.85" 0 "US" 0>
  <GND * 1 460 560 0 0 0 0>
  <R R19 5 550 680 -9 10 0 2 "1.65 kOhm" 1 "26.85" 0 "0.0" 0 "0.0" 0 "26.85" 0 "US" 0>
  <C C2 5 550 620 -26 17 0 0 "5800 pF" 1 "" 0 "neutral" 0>
  <R R21 5 730 680 -9 10 0 2 "1.87 kOhm" 1 "26.85" 0 "0.0" 0 "0.0" 0 "26.85" 0 "US" 0>
  <R R23 5 730 620 -9 10 0 2 "887 Ohm" 1 "26.85" 0 "0.0" 0 "0.0" 0 "26.85" 0 "US" 0>
  <R R18 5 550 440 -9 10 0 2 "5.49 kOhm" 1 "26.85" 0 "0.0" 0 "0.0" 0 "26.85" 0 "US" 0>
  <C C1 5 550 500 -26 17 0 0 "1800 pF" 1 "" 0 "neutral" 0>
  <R R20 5 730 440 -9 10 0 2 "6.19 kOhm" 1 "26.85" 0 "0.0" 0 "0.0" 0 "26.85" 0 "US" 0>
  <R R22 5 730 500 -9 10 0 2 "2.94 kOhm" 1 "26.85" 0 "0.0" 0 "0.0" 0 "26.85" 0 "US" 0>
  <C C5 5 890 680 -26 17 0 0 "22 uF" 1 "" 0 "neutral" 0>
  <OpAmp OP1 5 870 560 -26 -42 1 0 "1e6" 0 "15 V" 0>
  <C C3 5 890 620 -26 17 0 0 "1200 pF" 1 "" 0 "neutral" 0>
  <C C4 5 890 500 -26 17 0 0 "390 pF" 1 "" 0 "neutral" 0>
  <GND * 1 960 700 0 0 0 0>
  <GND * 1 1320 560 0 0 0 0>
  <VProbe Out 1 1310 540 28 -31 0 0>
  <C C6 5 1090 560 -26 17 0 0 "22 uF" 1 "" 0 "neutral" 0>
  <R R24 5 1170 560 -9 10 0 2 "1 kOhm" 1 "26.85" 0 "0.0" 0 "0.0" 0 "26.85" 0 "US" 0>
  <R R25 5 1260 630 19 -8 0 3 "47.5 kOhm" 1 "26.85" 0 "0.0" 0 "0.0" 0 "26.85" 0 "US" 0>
  <GND * 1 1260 680 0 0 0 0>
  <GND * 1 1040 520 0 0 0 0>
  <VProbe Amp 1 1030 500 28 -31 0 0>
  <.DC DC1 5 30 730 0 39 0 0 "26.85" 0 "0.001" 0 "1 pA" 0 "1 uV" 0 "no" 0 "150" 0 "no" 0 "none" 0 "CroutLU" 0>
  <.AC AC1 5 30 780 0 39 0 0 "log" 1 "0.1 Hz" 1 "10 MHz" 1 "801" 1 "no" 0>
  <Vac V1 5 40 610 18 -26 0 1 "0 V" 1 "1 kHz" 1 "0" 0 "0" 0>
  <Vac V3 5 190 620 -26 18 0 0 "1 V" 1 "1 kHz" 1 "0" 0 "0" 0>
  <Vac V2 5 190 500 -26 -50 0 2 "1 V" 1 "1 kHz" 1 "0" 0 "0" 0>
</Components>
<Wires>
  <280 620 340 620 "" 0 0 0 "">
  <40 640 40 660 "" 0 0 0 "">
  <40 560 40 580 "" 0 0 0 "">
  <40 560 140 560 "" 0 0 0 "">
  <140 500 160 500 "" 0 0 0 "">
  <140 620 160 620 "" 0 0 0 "">
  <140 500 140 560 "" 0 0 0 "">
  <140 560 140 620 "" 0 0 0 "">
  <280 500 340 500 "" 0 0 0 "">
  <400 500 420 500 "" 0 0 0 "">
  <400 620 420 620 "" 0 0 0 "">
  <420 440 420 500 "" 0 0 0 "">
  <420 440 520 440 "" 0 0 0 "">
  <420 620 420 680 "" 0 0 0 "">
  <420 680 520 680 "" 0 0 0 "">
  <460 560 500 560 "" 0 0 0 "">
  <500 560 500 620 "" 0 0 0 "">
  <500 620 520 620 "" 0 0 0 "">
  <580 620 660 620 "" 0 0 0 "">
  <580 680 660 680 "" 0 0 0 "">
  <660 680 700 680 "" 0 0 0 "">
  <660 620 660 680 "" 0 0 0 "">
  <660 620 700 620 "" 0 0 0 "">
  <500 500 500 560 "" 0 0 0 "">
  <500 500 520 500 "" 0 0 0 "">
  <580 500 660 500 "" 0 0 0 "">
  <580 440 660 440 "" 0 0 0 "">
  <660 440 700 440 "" 0 0 0 "">
  <660 440 660 500 "" 0 0 0 "">
  <660 500 700 500 "" 0 0 0 "">
  <760 680 860 680 "" 0 0 0 "">
  <920 680 960 680 "" 0 0 0 "">
  <760 440 960 440 "" 0 0 0 "">
  <760 500 840 500 "" 0 0 0 "">
  <760 620 840 620 "" 0 0 0 "">
  <840 580 840 620 "" 0 0 0 "">
  <840 500 840 540 "" 0 0 0 "">
  <840 620 860 620 "" 0 0 0 "">
  <840 500 860 500 "" 0 0 0 "">
  <910 560 960 560 "" 0 0 0 "">
  <960 500 960 560 "" 0 0 0 "">
  <920 500 960 500 "" 0 0 0 "">
  <960 440 960 500 "" 0 0 0 "">
  <920 620 960 620 "" 0 0 0 "">
  <960 620 960 680 "" 0 0 0 "">
  <960 680 960 700 "" 0 0 0 "">
  <1120 560 1140 560 "" 0 0 0 "">
  <1200 560 1260 560 "" 0 0 0 "">
  <1260 560 1300 560 "" 0 0 0 "">
  <1260 560 1260 600 "" 0 0 0 "">
  <1260 660 1260 680 "" 0 0 0 "">
  <1000 520 1020 520 "" 0 0 0 "">
  <960 560 1000 560 "" 0 0 0 "">
  <1000 560 1060 560 "" 0 0 0 "">
  <1000 520 1000 560 "" 0 0 0 "">
</Wires>
<Diagrams>
  <Rect 300 1119 498 359 3 #c0c0c0 1 10 1 0.1 1 3e+06 1 -0.422698 1 4.66459 1 -1 0.5 1 315 0 225 "" "" "">
    <"Pos.i" #0000ff 0 3 0 0 0>
    <"Neg.i" #ff0000 0 3 0 0 0>
  </Rect>
  <Rect 880 1119 498 359 3 #c0c0c0 1 10 1 0.1 1 3e+06 1 -0.00012118 0.0002 0.00133304 1 -1 0.5 1 315 0 225 "" "" "">
    <"Amp.v" #0000ff 0 3 0 0 0>
    <"Out.v" #ff0000 0 3 0 0 0>
  </Rect>
</Diagrams>
<Paintings>
</Paintings>

나는이 질문을 좋아한다. 데이터 시트 회로도가 개념을 표시하는 데 유용하지만 그대로 사용되지 않는 좋은 예입니다.

필터 설명을 살펴보면 주요 개념은 오디오 통과 대역의 평탄한 응답, ADC 입력에 대한 낮은 소스 임피던스, 2.7V의 VQ를 중심으로하는 동작 및 20dB의 감쇠가 앤티 앨리어싱에 적합하다는 것입니다. .

2700pF 캡은 ADC가 버퍼없이 스위칭 된 커패시터 입력임을 의미합니다. 6MHz에서 약 10 Ohms의 필터 출력 임피던스입니다. VQ를 중심으로 감쇠 및 중심을 맞추기 위해 손실 적분기와 같은 것을 사용하는 것이 쉽지만 출력 임피던스는 더 높습니다.

때때로 "루프 부하 보상에서"라고 불리는 증폭기 배열은 OpAmp의 용량 성 부하에 대처하는 것입니다. 이와 같은 보상은 Q를 조정할 수 있으므로 롤오프로의 전환이 단순한 RC보다 훨씬 선명해질 수 있습니다. 원하는 평탄도를 얻기 위해 약간의 조정이 필요한 경우가 있습니다. 이 경우 회로도에 부품 값으로 피킹되는 오류가있는 것처럼 보입니다.

참조 지정자가있는 회로도는 다음과 같습니다.

R4를 연결하면 회로도가 잘못되었다고 생각하는 부분을 볼 수 있습니다. 그러나 그것에 들어가기 전에 회로가 ​​어떻게 작동하는지 살펴 보겠습니다.

용량 성 부하를 사용하면 OpAmp가 위상 마진을 잃게됩니다. 좋은 OpAmp는 일반적으로 약 60 도의 위상 마진을 갖습니다. 그러나 100pF의 부하조차도 위상 마진이 40도 또는 45 도로 감소하여 피크 응답이 발생할 수 있습니다. R2, C2 및 R3을 추가하면 앰프가 부하와 함께 위상 마진을 유지할 수 있습니다. C2는 대역폭을 롤백하여 위상 마진을 증가시킵니다. R3은 C4를 추가하여 위상 마진 손실을 최소화합니다. R2는 저주파 피드백을 제공하여 R3으로 인한 통과 대역 오류를 수정합니다.

C2 값을 조정하여 회로 응답을 조정할 수 있습니다. C2를 크게하면 필터의 Q가 낮아집니다. 낮은 주파수에서는 R2의 루프가 우세하지만 C2 임피던스는 R2 + R3보다 낮은 높은 주파수에서 우세합니다. 그런 다음 R3의 드롭은 보상되지 않으며 신호는 R3 C4 및 최종 앰프 롤오프에 의해 감쇠됩니다.

이상적인 앰프가있는 비 반전 섹션 만 고려하십시오. C1 R1의 0을 제외하고 전달 함수는 다음과 같습니다.

$\frac{\text{Vo}}{\text{Vin}}$$\frac{\text{C2} s (\text{R2}+\text{R3})+1}{\text{C2} \text{C4} \text{R2} \text{R3} s^2+s (\text{C2} \text{R2}+\text{C2} \text{R3})+1}$

$\omega _o$

$\frac{\text{R2} \text{R3} \sqrt{\text{C4} \left(\frac{1}{\text{R2}}+\frac{1}{\text{R3}}\right)}}{\sqrt{\text{C2}} (\text{R2}+\text{R3})^{3/2}}$

$\omega _o$$\frac{\sqrt{\frac{1}{\text{R2}}+\frac{1}{\text{R3}}}}{\sqrt{\text{C2} \text{C4} (\text{R2}+\text{R3})}}$

이상적인 앰프가 물건을 관리하기 위해 사용되었으므로 C2가 0이되면 Q는 무한대로갑니다. 앰프 대역폭 이하의 주파수 만 신경 쓰기 때문에 문제가되지 않습니다. 실제 증폭기를 사용하면 Q는 증폭기 이득과 함께 떨어집니다. R2, R3 및 C4의 값을 연결하면 C2의 함수로 Q를 플로팅 할 수 있습니다.

C2 값이 증가하면 Q가 감소합니다. 앰프가 너무 피크 인 경우 C2를 높이면 응답이 너무 평평 해집니다.

이제 곡선을 보면 C2 470pF의 Q가 ~ 0.8 인 것처럼 보입니다. 그것은 꽤 평평한 반응입니다. 어떻게 된 거예요?

데이터 시트에서 회로도는 R1을 U1 출력에 연결합니다. 이것은 2 가지 나쁜 일을합니다. 먼저, R3 및 R6의 저주파수 효과를 보상하는 데 어려움을 겪은 후 R4를 U1 출력에 연결하면 R3 드롭 인이 추가됩니다. 필터의 출력 임피던스를 보면 사실임을 알 수 있습니다. 둘째, C2 및 C3 470pF에서 피킹이 발생합니다 (Q의 피크는 약 300pF, Q가 감소하는 것보다 많거나 적음). R4가 R2 R3 및 C4로 노드에 연결되면 Q가 예상대로 작동합니다. 또한 필터 출력 임피던스는 오디오 통과 대역을 통해 롤오프 될 때까지 매우 낮게 유지 된 다음 C4 임피던스를 따릅니다.

Cirrus에는 실제로 회로의 의도를 설명하는 애플리케이션 노트가 있습니다. http://www.cirrus.com/en/pubs/appNote/an241-1.pdf

이 문서의 설명에서 피크가 있으면 안됩니다.

일반적으로 두 위치에서 모델이 잘못 될 수 있습니다.

1. ADC 입력 및 DAC 출력 특성은 모델링되지 않습니다. 회로는 특정 소스 / 부하를 예상 할 수 있습니다.

2. 사용 된 연산 증폭기 모델이이 회로에 충분하지 않을 수 있습니다. 1MHz 이상으로 나가는 일부 회로에는 일반적인 일반 모델보다 높은 이득의 BW 제품이 필요하다는 것을 알았습니다. 이 ADC의 평가 보드 문서는 27MHz 이득 -BW 제품이있는 2068 연산 증폭기와 함께이 회로를 사용하는 것을 보여줍니다.

편집 : 더 깊이 살펴본 후 정확한 값이 평가 보드 에서이 부분에 사용됩니다. 따라서 권장 사항은 먼저 사용중인 것과 동일한 부품 인 2068을 사용하여 모델링하는 것입니다. 올바른 작업이 표시되기를 바랍니다.

EDIT2 : QUCS를 통해 ADC 회로를 작동 시켰으며 실제 연산 증폭기에 적합한 향신료 모델이 없습니다. Linear Technology의 LT 향신료는 매우 좋은 무료 향신료 시뮬레이터입니다. 회로를 통해 실행하면 예상대로 멋진 플랫 응답이 제공됩니다. (이 그림을 새 탭에서 열면 세부 정보를 볼 수 있도록 폭파됩니다.)