FET- oder Bipolar-OP in DIY-DAC?

[Rheinhessen-Jones]

Hallo zusammen!

Ich plane gerade den Bau eines Eigenbau-D/A-Wandlers (mit dem Texas Instruments PCM1794), und jetzt stellt sich die Frage nach dem richtigen Operationsverstärker als Strom/Spannungswandler...

Ein bipolarer OP ist zwar rauschärmer, jedoch besitzen gerade die rauscharmen Typen prinzipbedingt einen recht hohen Eingangsruhestrom (Input Bias).

Da der D/A-Wandler einen Stromausgang besitzt (Beim PCM1794 knapp 8mA_ss), ist der Strom bei einem Pegel von -60dB ca. 8µA_ss.

Ein rauscharmer bipolar-OP besitzt gerne mal einen Input Bias von 0,25µA, also in einer recht ähnlichen Größenordnung - bei noch geringeren Ausgangspegeln sind Ausgangsstrom und Input Bias also fast gleich...

Sollte man hier lieber einen FET-OP benutzen, der nur Ruheströme im pA-Bereich besitzt, dafür aber etwas mehr rauscht?

Weiß da jemand was darüber?

Meine bisherigen Recherchen im Netz waren erfolglos

Grüßle, Rheinhessen-Jones

[MFB]

Ein bipolarer OP ist zwar rauschärmer

ein niedrigeres Spannungsrauschen ist hier nicht entscheidend.
Auf das Stromrauschen kommt es an. Da sehen die bip.Typen i.d.R. schlecht aus.
Gruß
Jürgen

[Frankynstone]

In der analogen Schaltungstechnik kommt es doch ständig vor, dass Arbeitspunktgrößen gleicher oder höherer Größenordnung vorkommen, als das Signal. Um Offset zu vermeiden, muss der OPV nur an beiden Eingängen den gleichen DC-Widerstand sehen. Ein ständig aus dem Ausgang herausfließender Arbeitspunktstrom stört das Signal an sich nicht, wenn er durch Widerstände irgendwo hinfließen kann und nicht vom Wandlerausgang geschluckt werden muss (wogegen sich dieser mit seinem Stromquellenverhalten wehren wird).

Gibt es eigentlich keine Alternativen zum OPV? Ich denke gerade an:
- Transistoren in Basisschaltung
- integrierte Current Conveyor
- integrierte Transimpedanzverstärker
Danach kann man bequem mit OPVs weitermachen.

[Rheinhessen-Jones]

ein niedrigeres Spannungsrauschen ist hier nicht entscheidend. Auf das Stromrauschen kommt es an. Da sehen die bip.Typen i.d.R. schlecht aus.

Danke! Genau darüber habe ich auch nachgedacht... bipolare OPs taugen nur mit niedrigen Quellimpedanzen, und der D/A-Wandler ist ja eine Stromquelle, ergo müßte meinen Überlegungen nach ein FET-OP im Vorteil sein...

Meine Schaltung wird sich nicht so sehr von der Herstellerapplikation unterscheiden
(siehe hier: http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/pcm1794a.pdf )

Ich habe mich gewundert, daß hier der betagte NE5534 (mit externer Frequenzkompensation) als Strom/Spannungswandler für die Meßschaltung benutzt wird es reicht aber offensichtlich für 120dB Rauschabstand

Scheint also auch mit einem bipolaren zu funktionieren. In den Applikationen für ältere DAC-ICs (PCM1702, PCM1704) wurden von TI für die Meßschaltungen eher OPA627 oder OPA604 benutzt... Deshalb erstaunt es mich, bei einem aktuelleren Chip wieder einen bipolaren zu finden...

In meinem gerade fertiggestellten "Semi-Selbstbauprojekt" mit dem PCM1702 hat der Austausch des ursprünglichen Strom/Spannungswandlers (OPA27, bipolar, rauscharm, langsam) gegen den OPA627 viel gebracht.

Von daher tendiere ich zum FET-OP, aber ich zweifle immer, und dieser Hoer-Wege benutzt in seinen Wandler-Platinen den AD797 (bipolar, schnell und rauscharm)

Scheine mit meinen Überlegungen aber gar nicht so auf dem Holzweg zu sein

Gibt es eigentlich keine Alternativen zum OPV?

Hmm, gute Frage... ich glaube aber, daß es heutzutage verdammt schwer ist für eine diskrete Schaltungen, mit diesen hochentwickelten Integrierten zu konkurrieren.

integrierte Current Conveyor

Was ist das denn? Habe ich noch nie gehört... Gibts da einen Link? Werde gleich mal wikipedia benutzen!

[MFB]

Scheint also auch mit einem bipolaren zu funktionieren. In den Applikationen für ältere DAC-ICs (PCM1702, PCM1704) wurden von TI für die Meßschaltungen eher OPA627 oder OPA604 benutzt...

Hab nochmal in das Datenblatt vom 1794 gesehen, der hat einen höheren Ausgangsstrom und deswegen geht ein kleinerer Widerstand im I/U-Teil

[Frankynstone]

Habe zum Thema CC mal schnell gegoogled. Natürlich sind diese Dinger ein Nischenprodukt und auch unter verschiedenen Bezeichnungen zu haben. Von MAXIM gibt es so genannte Current Feedback Amplifiers: nichtinvertierender Spannungseingang, invertierender Stromeingang (ist gleich Spannungsausgang) und Spannungsausgang. Aha, das klingt nach CC, wobei du den Spannungseingang auf Masse legst, den Stromeingang an den Wandler anschließt und den rückwirkungsfreien Spannungsausgang der weiteren Schaltung zuwendest.

Literatur von Maxim über CC Typ II + und - gibts hier: www.maxim-ic.com/an4198 oder als PDF http://pdfserv.maxim-ic.com/en/an/AN4198.pdf

CCs kommen auch in Verstärkern für Fotodioden vor, solche sind auch mit Sicherheit rauscharm, denn es geht oft genug darum, wirklich winzige Signale noch auszuwerten. Nachforschungen dürften sich lohnen.

[raphael]

Original geschrieben von Rheinhessen-Jones

...Texas Instruments PCM1794...

Nuggets und ich haben soeinen DAC schon vor einiger Zeit arbeitsteilig gebaut: Ich habe die Schaltung und das Layout gemacht, Nuggets hat's aufgebaut und in Betrieb genommen. Einfach mal hier suchen im Forum nach dem Thread.
Wenn Du mehr zu dem Projekt wissen willst, dann schreibst Du einfach eine mail. Lustigerweise habe ich gerade heute morgen eine mail beantwrtet, indem jemand anderes hier aus dem Forum etwas zu diesem DAC-Projekt wissen wollte.

Original geschrieben von Rheinhessen-Jones

Ich habe mich gewundert, daß hier der betagte NE5534 (mit externer Frequenzkompensation) als Strom/Spannungswandler für die Meßschaltung benutzt wird es reicht aber offensichtlich für 120dB Rauschabstand

Es gibt allerdings zwei Varianten vom NE5534, die sich in ihren Daten ein kleinwenig unterscheiden. Aber, um mal einen renommierten Entwickler in der Audioszene sinngemäß zu zitieren: "The NE5534 is always a save bet".

Original geschrieben von Rheinhessen-Jones

Hmm, gute Frage... ich glaube aber, daß es heutzutage verdammt schwer ist für eine diskrete Schaltungen, mit diesen hochentwickelten Integrierten zu konkurrieren.

Man könnte auch sagen, es macht sich keiner mehr die Mühe, soetwas zu entwickeln. Guck mal bei passdiy.com bzw. passlabs.com. Da gibt es auch DACs mit diskreten Ausgangsstufen, die Schaltpläne schwirren auch da irgendwo rum.

Raphael

[Rheinhessen-Jones]

Habe mir den Thread mal durchgelesen und die Fotos beguckt... sehr schön!

Meine Planung sieht ähnlich aus, ich werde den PCM1794 allerdings im Stereo-Modus betreiben. Ist auch ein Gemeinschaftsprojekt mit einem Freund, der sich in Digitaltechnik auskennt.
Er macht die Digitalplatine mit SRC4192 als Input-Receiver und schreibt die Software für den Controller, ich plane die Analogplatine mit dem PCM1794a und Filter/Ausgangsstufe.

Ich orientiere mich für die Ausgangsstufe an der, die sich auf dem Demonstration Board für den Wandler befindet, allerdings ohne symmetrische Ausgänge...

@Frankynstone:

Bin bei meiner Recherche über den Current Conveyor auch auf diesen Artikel von Maxim gestoßen...

Diese OPs sind zwar sehr schnell -und rauscharm- aber die Verzerrungen sind recht hoch, und CMRR und PSRR ziemlich gering...

[Nuggets]

Hi,

für die I/V-Konversion habe ich mir die DSL-Line-Driver schon mal angesehen. Die könnten evtl. interessant sein.
Tip: unbedingt strompotente Linedriver am Ausgang des DACs verwenden.
Wenn ihr das macht, würde ich an eurer Stelle vielleicht sogar zu einem Wolfson-Chip greifen. Die haben auch realistische Angaben im Datenblatt. Eine Pegelsteuerung auf 0.5dB genau wäre auch gleich mit dabei.
Außerdem warten die Wolfson-Chips mit einem Spannungsausgang auf, was die I/V-Conv. überflüssig werden lässt. Somit könnte man gute spannungsverstärkende OPs einsetzten wie ADA4899 oder OPA124.
Achja: mit den NE5534A haben wir ein SNR von, ich glaub, gut 100dB geschafft. Mehr wird mit denen nicht drin sein (trotz TI-Datenblatt des Wandlers ).

Nuggets

[Frankynstone]

Ja, NE5534 mit und ohne A sind unterschiedlich eng toleriert, was das Rauschen angeht, sonst unterscheiden sie sich anscheinend nicht.

Aber auch mal die Datenblätter verschiedener Hersteller angucken, manchmal gibt es da Unterschiede, selbst bei Standardbauelementen, wie Allerwelts-OPVs oder Wald-und-Wiesen-Transistoren.

[raphael]

Wenn ch mich recht entsinne, wird die Pegelsteuerung bei den Wolfsons digital gemacht, was einen 24bit-Wandler quasi ad-absurdum führt. Ohne jetzt auf die Wolfson-Seite geschaut zu haben, aber ich meine mich zu erinneren, daß die Wolfson-Wandler, die von den Daten her in die Nähe der PCM179x-Reihe kommen, auch keine Pegelsteuerung mehr haben.
Nochwas: Bei den PCM179x-ern muß man noch aufpassen, welchen man erwischt, die unterscheiden sich im SNR etc. auch danach, ob es die SW- oder die HW-Version ist. Auch wenn das Datenblatt etwas anderes behauptet.

Raphael

[raphael]

Jetzt habe ich mir doch nochmal die Mühe gemacht, bei Wolfson zu schauen. Da gibt es zwei Chips, die man als Alternative zu den PCM179x ins Auge fassen könnte. Zwar ist SNR u.U schlechter als beim PCM179x (je nach Beschaltung) aber dafür bleibt THD+N konstant über Samplingfreuquenz. Das ist beim PCM nicht so, der wird zu höhren fs hin schlechter.
Müßte man mal einen Prototypen durchmessen, Freiwillige vor!?

Raphael

[Nuggets]

Wenn ch mich recht entsinne, wird die Pegelsteuerung bei den Wolfsons digital gemacht, was einen 24bit-Wandler quasi ad-absurdum führt.

Wenn sich hinter den Wandler ein switched capacitor verbirgt, wie es gemunkelt wird, dann kann es durchaus Sinn geben. Dann muss der Verlust an Potential nicht so groß sein wie bei einem R2R-Netzwerk oder einem Multibit-Wandler.
Weiß nicht, wie es mit dem aktuellen Topmodell aussieht.
Klar ist natürlich, dass ein geringer Ausgangspegel am Wandler nicht gerade förderlich für das SNR ist.

Nuggets

[raphael]

Wieso sollte das bei switched capacitor Sinn ergeben?

[Nuggets]

Weil ich bei einem R2R-Netzwerk bei Pegelstellung < 0dB nicht den ganzen Dynamikbereich ausnutzen kann und ich gegebenen Falls beispielsweise mit den 16LSBs arbeite.

Bei switched capacitors lädt man eine größere Kapazität oder eine andere Last mit kleineren Kondensatoren. Somit ergibt sich ein kontinuierlicher Spannungsverlauf am Ausgang. D.h. die Arbeitsweise bleibt bei Pegelstellung gleich, nur die umgeschaufelte Ladung ist weniger. Wüsste nicht wieso dadurch das SNR abnehmen sollte.
Dass das SNR am Ausgang kleiner wird, weil die Rauschleistung des thermischen Rauschens gleich bleibt und der Signalausgangpegel kleiner wird, ist klar.
(nur eine Vermutung)