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2013年11月16日 (土)

IV変換 DACに使用するIV変換の検討

I/V変換とは、 I(電流)をV(電圧)に変換することです。 DACの電流出力を電圧に変換するときに必要になる回路です。 

PMC1792Aの電流出力はどうなっているのか、データシートからでは今ひとつ読み取れないので調べてみました。

 

Pcm1792iv00

 

この波形は、330Ωの抵抗を対GNDへ接続した、最も単純なIV変換の波形です。

 

まず、PCM1972Aが電流を吐き出しているのか、吸い込んでいるのか?

その振幅レベルはどうなのか?

Differential Current Output: 7.8 mA p-p

Pcm1792iv01_2
 

このデータシートからは、いまひとつ分かりません。 フルスケールの電流が 7.8mAp-p
ここには、ちょっとしたがありました。

上のオシロの波形をみると、最大振幅で電流がゼロまで下がっていません。
上限側は、抵抗の値が大きくて頭打ちになっています。 

6mA前後を中心に、±3.5~3.7mAくらい振幅しているようです。

ピークtoピークで7.8mAちかくは出ていそうですが、気をつけなければならないのは、少しオフセットしている点です。 

そして、電流は吐き出しタイプですね。

 

IV変換回路は、データシートの測定条件の回路図にあるように、0Vを基点にした方が良さそうです。 

 

  電流出力を受け取る場合のインピーダンス
 はゼロが理想です。

 

一般的なオペアンプを使ったIV回路は反転入力としてあり、オペアンプの入力まで一切抵抗を入れません。 そして、オペアンプの+INと-IN端子の間には仮想短絡が成り立ちます。 すなわち、+IN端子がGNDへと接続されているならば、-端子もGND電位が保たれるのです。 つまりインピーダンスが限りなくZEROに近い。 やはりオペアンプ使用は理想的ですね。 IV変換回路の基本です。 

 Pcm1792iv03 (データシートのIV変換回路)

パッシブの抵抗I/Vでは、DAC-OUT端子の電圧が上がると、今回の実験のように波形が歪んでしまいますし、抵抗値を下げると今度は振幅電圧が大きく取れずs/n的に不利になります。

このジレンマを打開するアイデアとしては、ベース接地回路を使うことです。 DAC-OUT端子の電圧上昇を防ぐことができますし、IV変換用の抵抗値を大きくすることで電圧の振幅も大きくすることが可能になります。

こんな回路です。

Pcm1792iv02_2

DAC-OUT端子は0.6V浮きますが、そこでほぼ一定の電圧が保たれます。 ベース接地の入力インピーダンスはとても低く、入力端子であるエミッタの電圧は変動しにくいのです。

この妙案は、PCM1792Aの出力電流がゼロにならない特徴を逆手にとった回路です。

ちなみに、この場合のベース接地の入力インピーダンスを計算すると

 

 Zin = (hfe/1+hfe)x(1/gm)    ※ hfe=300 IC=6mA という条件では

 Zin = (300/301)x(1/40x6mA) = 4.2Ω    まあまあ低い値です。

 

ベース電流 Ibを引いたDAC-OUTの電流が、マイナス電源へ接続された抵抗へと流れていき、そこで抵抗I/V変換が成立します。

例えば、この図のように1kΩとすると、7.8mAp-p電流は、7.8Vp-pの電圧に変換されます。 おそらくマイナス電源はもっと高い電圧(20Vとか25Vなど)にする必要があるでしょう。

 

ちょっと古い回路をご存知の方は、MCヘッドアンプでベース接地受けをしていたのを連想するかもしれませんね。 基本的な考え方は一緒です。 微弱な電流を大きな電圧振幅へと変換しているのです。 

ただ、オペアンプを使ったIV変換と比べると幾分歪みを発生することでしょう。 その後、差動成分を合成することで2次歪みは打ち消しあい、ある程度は許容できる可能性はありますが、過度の期待は禁物です。 

 


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コメント

たかじんさん

ベース接地というと高周波での利用くらいしか使い道が無いと思っていたので、目から鱗です。

jhon doeさん

集積回路が一般的になって、単体のTRを使う場面が少ないというのも
理由のひとつかもしれませんね。
近年の高周波回路は、どうなっているか私は知りませんが、GHz帯域となると
相当なデバイスが必要でしょうね。 昔、1.2GHz 10Wの無線アンプを作ったことが
ありますが、結構、帯域がピンポイントでした。 

このIV変換回路は現在進行形で続きを検討中です。 

フィードバックを掛けて歪率改善に挑戦です。 お楽しみに。

たかじんさん

>単体のTRを使う場面が少ないというのも
理由のひとつかもしれませんね。
それは確かにある気がします。
ディスクリートでは簡単には出せない性能が、ICなら出しやすいのでどうしても。
CMOSの時代なのかTRの本が絶版になりがちというのも大きいですが。

IV変換回路、楽しみにしています。

jhon doeさん

確かに、TRは、もう殆どが製造中止で絶滅の域ですね。
もちろんICを使うことで、性能が向上しますから、わざわざ個別TRを使う意味は
ないのかもしれません。

単なる趣味ですね。 

こんにちは
こちらにもお邪魔させていただきます。

ここにPCM1794の抵抗IVについて参考になる報告があります。
http://www.diyaudio.com/forums/digital-source/221743-testing-pcm1794.html
#2,#3,#13の投稿が非常に興味深いです。
画像はアカウント登録しないと見れないので興味があれば登録してみてください。

このスレッドを立てた方は別のスレッドでベース接地IVにも取り組まれていて、そのスレでは私もアホな回路を発表しました。
http://www.diyaudio.com/forums/digital-source/217459-dac-i-v-convertion-very-low-distortion.html

henさん

面白い情報ありがとうございます。
一部の回路は、現在検討中の回路と似ていますね。 微妙に違うけど。

まあ、考え方は一緒とみていいと思います。

今、書店に並んでいるMJ 無線と実験にも、似たようなものが掲載されています。
可変抵抗で出力電圧を可変するのは、某サトリさんと同じかもしれません。
あまり詳しくはみていないんですが。 立ち読み10秒しか時間がなかった・・・

はじめまして。Greece7です。

友人からの情報でこちらを知りました。
TDA1541A/1543にベース接地回路+カレントミラーでIV回路を構成しています。OP-AMP IVよりは自分好みの音質です。
これからいろいろと参考にさせて頂きます。よろしくお願い致します。

Greece7さん

TDA1541Aの電流出力は、吸い込み型でしたよね。 この音が好きなひとは1bit型は
つまらなく感じるほどに素晴らしいDAC-ICと思います。

ベース接地+カレントミラー+カレントフィードバック・・・ と進めていこうとしています。

まあ、色々な方が製作されておりますから、誰かの作例に似たような回路になると
は思います。  楽しめる音がでると良いのですが。。。

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