Level-shiften en versterken met AD620 opamp

[Sh4wn]

Tweakers,

Voor het project proberen wij een audio interface te maken voor een FPGA bordje. Het doel is om uit verschillende geluidsbronnen (Line-level, Instrument-level, Balanced en niet-balanced), er 1 te kiezen, die naar een digitale waarde omzetten, en dan kan de FPGA leuke effectjes er op toepassen.

Er zit een extra moeilijkheid bij, je mag alleen de 3.3V voeding aanwezig op het FPGA bord gebruiken, dus je hebt geen negatieve voeding voor de opamp. Je moet dus dan het ingangsignaal levelshiften, met (3.3/2) = 1.65V als referentiespanning. Om het volle bereik van de ADC te gebruiken, is het dus de bedoeling dat het uiteindelijke signaal heen en weer gaat om de 1.65V met 3.3V als Umax en 0V als Umin.

Ik ben met een projectgenoot bezig met de line-level amplifier, en als tip van onze leraar kregen we mee dat de AD620, een opamp met een hoge ingangsweerstand, hoge Common-mode rejection ratio, en andere bijzonder gunstige eigenschappen. Ook kan je de gain instellen met 1 enkele weerstand.

Dus wij gingen aan de slag:


Eerst enige DC spanning op het signaal er uit filteren met een condensator, daarna de ingang biassen met een spanningsdeler (helft van de voeding), en daarna de opamp in.

De amplitude van het ingangssignaal is 0.447V, en we willen naar een amplitude van 1.65V dus aan de hand van de datasheet van de opamp had ik de 'Gain weerstand' berekend ongeveer 18kOhm.

Dus we starten ngspice, en gaan even simuleren. Krijgen we het volgende er uit:


Niet echt wat we willen, dus nu de vraag, waar gaat het fout? Is het uberhaupt mogelijk om te levelshiften en versterken in 1 opamp? Andere tips?

Alvast bedankt!

[Sprite_tm]

Je hebt je inverterende input aan de ground gangen, wat in dit geval gelijk is aan de negatieve voedingsspanning van je opamp. Je opamp gaat het verschil tussen de negatieve ingang (=0V) en de positieve ingang (=1.65V, plusminus een beetje van je ingangssinus) versterken en komt dus uit op iets wat altijd heel erg positief zal wezen.

Oplossing: maak met nog een spanningsdelertje van twee 1 meg-weerstanden een virtuele ground van 1.65V en knoop de inverterende ingang daaraan.

[Sh4wn]

Thanks, dat leverde een stuk beter resultaat op

Na gesprek met de leraar aan het eind van deze middag, bleek dat die AD620 alleen echt bruikbaar was voor de gebalanceerde microfoon input Dus voor line-level was het uiteindelijk toch niet zo nodig.

[Unique]

Sh4wn schreef op maandag 23 januari 2012 @ 20:20:
Thanks, dat leverde een stuk beter resultaat op

Na gesprek met de leraar aan het eind van deze middag, bleek dat die AD620 alleen echt bruikbaar was voor de gebalanceerde microfoon input Dus voor line-level was het uiteindelijk toch niet zo nodig.

Denk niet dat je veel cmrr nu hebt. Beter om de floating min van je signaal source op de - van de instrumentatie versterker te hangen.
Je kan dan 2x1M in serie tussen + en - zetten, met tussen de weerstanden 1.65V.
(die 1M kun je dan ook meteen voor je highpass filter gebruiken, dan voeg je dus nog twee caps toe)
Overigens verneuk je hiermee ook je ingangs impedantie weer, maargoed dat snap je zelf ook wel

[ Voor 7% gewijzigd door Unique op 23-01-2012 20:32 ]

[Stoney3K]

Als je het helemaal mooi wil doen maak je er zelfs een verschilversterker van twee AD620's van, sinds je microfoon ook een gebalanceerde uitgang heeft en je dan ook je ingangsimpedantie netjes met een microfoonkabel (120ohm) kan matchen.

Bovendien kun je dan je microfoon zelfs voorzien van phantom-power als je dat zou willen.

Overigens zou ik het line-level signaal (2Vpp) niet proberen te versterken, dat geeft je nog een beetje headroom als je lijnbron onverhoopt de grens niet heel erg serieus neemt. Ik heb bijvoorbeeld geluidskaarten gehad die makkelijk 3-4Vpp aan de uitgang wisten te produceren.

Voor de resolutie van je ADC hoef je het niet te doen: Met een 16-bit ADC heb je al 96dB aan signaaruimte en er zal geen zinnig signaal zijn wat dat helemaal gaat gebruiken.

[ Voor 40% gewijzigd door Stoney3K op 23-01-2012 20:46 ]

[Part]

Je wil een geluid signaal om zetten naar digitaal. De gehele DC spanning op het signaal is niet van belang, die kun je dan beter ook niet mee nemen in de versterking. Een Instrumentation Amp heb je hier dus niet nodig.
Gebruik gewoon een condensator voor de DC ontkoppeling en hou de DC spanning op de ingang van je ADC op de halve referentie spanning met een weerstand netwerkje.
Indien het AC signaal te zwak is kun je het versterken met een 'normale' opamp schakeling.