"Double-Ballanced" Preamp mal anders

[dimok]

Hallo

Habe versucht, auch mal einen clean-Preamp zu machen. Da geht natürlich nichts über die "double-ballanced" Lösung.

Dazu habe ich mir überlegt die differential opamps einzusetzen.
Keine Ahnung, obs schon mal jemand gemacht hat, habs bis jetzt nichts dazu gefunden.
Vorteil gegenüber der konventionellen Lösung wäre die einfachere Ausgangsstufe
man müsste sie nicht trimmen wegen CMRR und man bräuchte keine single ended to ballanced conversion.

Blockschaltbild :


benutzt habe ich THAT300 Transistoren und LME49724 diffamps.

THD Messungen (RMAA) zeigen keine Unterschiede zwischen Loopback und Signal über 40dB Pad und Preamp mit 40dB Gain.
Habe eine E-MU 1820m mit 0.0005% eigen-THD. (bei 1kHz)

Hab leider keine bessere Möglichkeit zu messen.
Aber sieht schon mal gut aus.

Werde es bald noch in ein Gehäuse packen und dann gehts zum richtigen Test.

Vielleicht findet jemand die Idee brauchbar,
Wäre evtl. eine Alternative zum Green oder 9k.

Ich z.B. habs so schmal layoutet, damit 8 Channels in 1HU passen.
Mit Folien-Kondensatoren am Eingang und üblicher Eingangsbeschaltung

P.S. wer noch prinzipielle Probleme bei der Schaltung sieht oder Vorschläge zur Verbesserung hat - her damit. Gut möglich, dass ich was übersehen habe.
P.P.S. Projekt ist 100% NICHT kommerziell

Gruß
dimok

[dimok]

Hier sind noch Bilder von der Prototyp-Platine (2Ch)

Die eigentliche Schaltung ist von den grossen 10uFs bis zu den anderen roten Wimas links.
Ganz rechts - RFI-Filter, Pad, +48
Ganz links - Stromversorgung

32mm breit pro Kanal

[kubi]

Hui, da ist man gerade aus dem Urlaub zurück und schon warten spannende Themen im Forum. Und das ist ja richtig spannend!

Ich möchte dir gerne folgende Ratschläge noch mit auf den Weg geben:

Antiparallele Dioden am Eingang gegen die positive und negative Versorgungsspannung der OPVs können bei Fehlbenutzung des Geräts Komponenten retten.

R11, R12 kannst du zum Trimmer machen, ist handlicher beim "Feintuning". Die beiden Leitungen "Servo" in der Mitte des Stromlaufplans greifen das Signal ab, ich vermute, du möchtest die gewonnene Vorspannung noch an VBias bei R11 hinzufügen? Dann kannst du dir natürlich den Trimmer bei R11 und R12 sparen und die Feinabstimmung in der Servoschaltung erledigen

R5,R6 kann man durch Induktivitäten ersetzen, das resultierende CL-Filter ist "steiler" als das CR-Filter, somit kannst du mit der Grenzfrequenz etwas tiefer gehen, wenn es gewünscht ist.

Hinter C1 und C2 würde ich ebenfalls Drosseln einsetzen, um einen Tiefpass zu erzielen. So "sparsam" wie dein Plan gezeichnet ist, verstärkst du mit den schnellen OPVs viel hochfrequente Energie (Rauschen, etc.), was nicht nur Aussteuerungsreserven und Anstiegsrate kostet, sondern auch zu Oszillationen führen kann.

Bei der Schaltung kannst du das aus den beiden zuvor genannten Punkten resultierende Bandpassfilter beliebig großzügig dimensionieren, aber ganz "offen" würde ich die Schaltung nicht lassen, weil sie sonst außerhalb des Labors hinter ihren möglichen Sollwerten zurückbleiben wird.

Ganz hinten wäre es nicht falsch zwecks Strombegrenzung je einen Widerstand pro Leitung einzusetzen, z.B. 47Ohm. Besser wird es noch, wenn man parallel zu den Widerständen Drosseln schaltet, um nachgeschaltete Hochpass-Kondensatoren im Frequenzgang zu glätten.

Die Jungs aus dem Tal hinterm Berg hatten mal neben Transistor Arrays und Kompressoren auch differentielle OPVs hergestellt: TransAmp hieß das gute Stück. Dazu gibt es zahlreiche Dokumentationen im Internet.
Technisch mag der TransAmp hinter den aktuellen, sehr schnellen OPVs zurückfallen, aber es existieren viele Dokumente dazu, in denen die Jungs auch gut erläuterten, warum man was wie schalten sollte und es mit Formeln belegten.
Eine Dokumentation habe ich noch auf der Festplatte gefunden, die einen auf Transamp-Modulen basierenden Vorverstärker beschreibt, dem deine Schaltung in grob entspricht. Insbesondere die Kapitel zur Gleichtaktunterdrückung und RF-Unterdrückung könnten für dich interessant sein. Ich denke, viele der dort geschilderten Ideen kannst du übernehmen.

Die Dokumentationen sind alle im Internet zu finden, ich müsste jetzt auch Tante Google fragen. Vielleicht wäre eine Möglichkeit, Dokumente an die Postings im Forum zu hängen sinnvoll.

[dimok]

Hi Kubi.
Danke für deine Tips.

Das ist nur so ein simples PrintipSchaltbild, einiges davon, was du vorgeschlagen hast hab ich schon drin. (einfach ausgelassen wegen lesbarkeit)

Die komplete Schaltung ist hier:


Der DC Servo gleicht den Eingangs-DC offset aus

Poti für Arbeitspunkeinstellung kommt rein, gute Idee

Die Docs zu den Modulen werde ich suchen und lesen. Wusste bis jetzt nichts davon

[dimok]

Habe grade diese Docs durchgelesen
http://www.proaudiodesignforum.com/foru ... f=12&t=114

Scheint wirklich ziemlich das gleiche zu sein, ausser die haben AC Kopplung zw. Transistoren und diffamp!

Und die Eingangstransistoren haben wahrscheinlich Stromquellen an den Emiter. Dieser Strom stellt dann den Arbeitspunkt ein.
Ich habe es am Anfang auch so versucht, aber mir gefiel die Idee nicht so
Dann wäre noch ein Integrator nötig, um alles ganz korrekt zu machen.

Habe es "old school" gemacht, mit Vorspannung an den Basen.
Nachteil ist natürlich - weniger Input headroom, da die Basen auf 2.2V-Potenzial liegen. (dadurch können keine polaren Elkos vorne rein,
da die polarität bei Fantom-Ein sich ändert)

[kubi]

Ja, die Dokumente meinte ich.

[olafmatt]

Ui, ich hab das hier gerade gesehen... und mich an meine eigene "Fehlkonstruktion" erinnert gefühlt.

Also die Idee in einem Cohen-like Preamp die Opams durch "fully balanced" Opamps zu ersetzen ist naheliegend. Hat leider ein paar Nachteile. Das wesentliche ist, dass der VCOM Pin dieser Opamps das DC Potential am Ausgang des Opamps definiert.
In der normalen double-balanced Micpre Schaltung sind ja die nicht-invertierenden Eingänge der Opamps auf ein festes Potential gelegt, dass den Strom durch die Eingangstransistoren regelt. Der Opamp "regelt" halt so lange, bis der invertierende Eingang (und damit der Kollektor des Transistors) auf selbigem Potential liegt. Bei einem balanced Opamp kann man eben NICHT direkt das Potential des Eingangs bestimmen... (i.e. die Eingang sind nicht als "virtual ground" zu gebrauchen, weil man über dieses "ground" Potential keine Kontrolle hat)
Deine Lösung mit dem Vbias, das dem Eingangssignal übelagert wird ist schon cleverer, als das was ich versucht habe. Aber am Ende wird trotzdem ein common-mode signal am Eingang den Strom durch die Eingangstransistoren modulieren. Also zusätzlich zu den Verzerrungen durch Modulierung der Kollektorkapazität kriegst Du noch diverse andere durch den sich ändernden Strom.

In meiner Schaltung hatte ich den Vorteil, dass ich diskret aufgebaute Opamps verwendet habe. Deshalb konnte ich den common-mode Error-Amp so modifizieren, dass er das Potential am Eingang konstant hält, statt am Ausgang.
Leider gibts immer noch Probleme z.B. beim Anschalten der Phantomspannung. Da gehen so große common-mode Transienten durch den Amp, dass es wirklich nicht nett anzuhören ist und ca. 5 Sekunden braucht, bis sich alles wieder gefangen hat.

Das fertige Teil sah dann so aus:



Hab leider nie einen kompletten Schaltplan gezeichnet... wozu auch, waren ja nur fast 80 Transitstoren pro Kanal.

Olaf

[olafmatt]

Und hab noch ein Foto der kompletten Kiste gefunden:



Eine Idee zu dem VCOM Pin: Du könntest einen Servo bauen, der die Spannung an den Eingangen des Opamps mißt und dann den VCOM Pin entsprechend auf den passenden Pegel legt, so dass die Eingänge eben 0V sind (oder was auch immer Du für eine Spannung dort haben willst). Das wäre dann quasi das, was ich intern durch ändern des common-mode Amps machen konnte. Sähe ungefähr so aus (ungetestet, also nicht ewinfach nachbauen!): [Edit: Link entfernt]

Bei dieser common-mode Betrachtung wird dann auch klar, wo der eigentliche Unterschied zur "normalen" Schaltung des Micpre liegt. Dieser hat nämlich eine Verstärkung von 1 für common-mode Signale, während das Teil mit dem fully-balanced Opamp eine Verstärkung von (idealerweise) 0 hat, so wie Du das angedacht hast.

Olaf

[dimok]

Hi Olaf.

Danke für deine Posts.
impressive boards, Hut ab.

Aber am Ende wird trotzdem ein common-mode signal am Eingang den Strom durch die Eingangstransistoren modulieren. Also zusätzlich zu den Verzerrungen durch Modulierung der Kollektorkapazität kriegst Du noch diverse andere durch den sich ändernden Strom.

Ja, das ist der Nachteil dieser Schaltung.

Ich habe das problem irgendwie als nicht schlimm eingestufft. Irrtum!!!
Habe grade ein paar common mode Spitzen reinsimuliert...sieht nicht schön aus.

Danke für den Lösungsvorschlag (ist es eigentlich deine Schaltung?)
Ich versuche mal das Problem zu Lösen.

[olafmatt]

Ich habe das problem irgendwie als nicht schlimm eingestufft. Irrtum!!!
Habe grade ein paar common mode Spitzen reinsimuliert...sieht nicht schön aus.

Ich war mit meiner Kiste mal beim Volker und seinem Neutrik A2 zu besuch. Der Plot des CMRR sah schon sehr abgefahren aus, und das TROTZ des modifizierten CM servos/amps. Ich mußte den CM Amp aus Stabilitätsgründen relativ langsam machen, so dass der HF immer noch ungehindert durchgelassen hat.

Danke für den Lösungsvorschlag (ist es eigentlich deine Schaltung?)
Ich versuche mal das Problem zu Lösen.

Ist meine Schaltung, von der ich mich aufrichtig distanziere!

Im Endeffekt muß man aber so viel zusätzliche Schaltung auf das Problem schmeißen, dass man es auch gleich "klassisch" mit den beiden normalen Opamps machen kann. Oder eben diskret, da kann ich einen Blick in das Prinzipschaltbild auf Seite 1 des Datenblatts des SSM2017 empfehlen. Das im Verlgeich zum Prinzipschaltbild eines fully-balanced Opamps und man merkt, wo der entscheidende Unterschied liegt, obwohl sie sich doch so ähnlich sehen.

Olaf

[dimok]

sooo... ich habs versucht, aber 100% klappt es noch nicht.
Man braucht mindestens 2 zus. Opamps, viel Aufwand

Somit erkläre ich dieses Projekt für gescheitert :-)

Zum Glück kann man es leicht modifizieren, so dass die Platine nicht Schrott ist.

Ein paar Leitungen verlegen/schneiden und schon wird es konventioneller Preamp. Die diffamps am Output bleiben natürlich.

Danke Olaf für deine Hilfe. wäre sonst irgendwann voll auf die Nase gefallen.

dimok

[kubi]

Nicht aufgeben!

Ebenfalls von den ValleyPeople gab es ein Transistor-Array, das ähnlich den THAT300x-ICs zwei gut gepaarte Transitoren-Gruppen enthielt.
Mir ist gerade ein Dokument über den Weg gelaufen, dass einen Vorverstärker mit diesen Transistoren und nachgeschalteten Operationsverstärkern beschreibt. Also, die gleiche Idee, die du umsetzen wolltest.
Zwar arbeiten die Jungs aus dem Tal mit zwei "normalen" OPVs hinter den Transistoren, aber die kannst du sofort durch einen Diff-OPV ersetzen, so wie du sie verwenden wolltest. Und schon hast du einen erstklassigen Vorverstärker.

Das Prinzip-Schaltbild aus dem Dokument, damit du weißt, wovon ich rede.


Solltest du die "TA103 Hybrid Transistory Array Application Notes" bei Tante Google nicht finden, schicke ich sie dir zu.
Die Teile für den Vorverstärker hast du schon, du musst sie nur richtig anordnen.

[dimok]

Nein, Ich habe nicht aufgegeben...
Nur eingesehen, dass es mit einem fertigen Diffamp nicht geht (nicht so einfach, wie gedacht)
Einfach einen Diffamp in dieser Schaltung einzusetzen wird leider nicht klappen.

Die Lösung mit zwei normalen Opamps (so wie in deinem Bild oder so wie bei Cohen's 1984 preamp) werde ich jetzt benutzen.

meine Platine wird etwas überarbeitet und bekommt statt einem diffamp einen zweifach-OPV.

Sonst bleibt alles gleich.

[olafmatt]

Ja, der Punkt bei der Micpre Schaltung ist (leider) wirklich, dass diese beiden einzelnen Oamps zusammen mit dem jeweiligen Eingangstransistor einen Current-Feedback Amp bilden. Das kann man auch in fully-differential bauen, aber nicht mit den Opamps von der Stange.
Kubi, die Schaltung die Du gepostet hast macht was anderes: da sind C3 und C4 vor den Opamps, das sind ein Transistorverstärker und ein Opamp in Reihe, mit "globalem" Feedback. Das könnte man auch mit einem diff. Opamp machen.

Ich hab auch schonmal I/V (aka. I/U, also Strom nach Spannung Konvertierung) an DAC ICs gesehen, die mit fully-diff Opams gemacht waren. Problem ist da ebenfalls, dass die DACs einen definierten DC Pegel am Ausgang sehen wollen (weil sonst interne Schutzdioden Ansprechen). Bei fully-diff. Opamps geht das einfach nicht.

@dimok: Bissel anderes Thema, aber schau Dir auch mal genau Deinen Servo an. Will nicht sagen dass der Schlecht ist, machen ja schließlich "alle Leute" so. Du hast keine Widerstandswerte angegeben, also kann ich über die Zeitkonstanten nur mutmaßen. Gebe aber zu bedenken, dass in die Berechnung der Eckfrequenc des Servos das Gain des Signalverstärkers mit eingeht. Und das ist ja leider meist in großem Bereich variabel. Wenn die Eckfrequenz bei hohem Gain (weil sie dann höher ist) zu dicht an die Eckfrequenz des Filters C2/R15 (an sich Widerstand nach Masse, was auch immer das da ist) kommt, dann gibts lustige Überhöhungen im Frequenzgang, um es mal vorsichtig auszudrücken.

Olaf

[dimok]

@dimok: Bissel anderes Thema, aber schau Dir auch mal genau Deinen Servo an. Will nicht sagen dass der Schlecht ist, machen ja schließlich "alle Leute" so. Du hast keine Widerstandswerte angegeben, also kann ich über die Zeitkonstanten nur mutmaßen. Gebe aber zu bedenken, dass in die Berechnung der Eckfrequenc des Servos das Gain des Signalverstärkers mit eingeht. Und das ist ja leider meist in großem Bereich variabel. Wenn die Eckfrequenz bei hohem Gain (weil sie dann höher ist) zu dicht an die Eckfrequenz des Filters C2/R15 (an sich Widerstand nach Masse, was auch immer das da ist) kommt, dann gibts lustige Überhöhungen im Frequenzgang, um es mal vorsichtig auszudrücken.

Ja, danke... daran habe ich gedacht. (die sauberere Lösung wäre die Signale von den Emitern abzugreifen, aber damit habe ich mehr offset am Ausgang)
Die Servo Zeitkonstante ist extrem hoch (2.2Meg 1uF) und der Eingangs-Filter schneidet relativ hoch (10k 5.6uF). Die Spannungsteiler nach dem Servo sind auch noch da, da passiert nichts,
Habe ein leichtes Überschwingen bei 60dB Gain, ab 50 und drunter - aperiodisch