progetto Power DAC

guarda, non so ripeto cosi a fondo da poterti consigliare...

tipo posso dire solo che esistono super condensatori da 1,5farad da 2,7volt
economici...

li assembli, come una batteria e cosi regoli il voltaggio...


ma con questo rendimento, e meglio se passi ad un buon switching...

penso di aver avuto una grande idea:

si prenda un current mirror "speciale" che da I tira fuori I, 2I, 4I, 8I...
bisognerebbe solo accoppiare per bene i transistor
Si può usare qualsiasi alimentazione, basta che sia in grado di erogare almeno la somma dei valori di corrente ottenuti (∑I) più qualcosina per altre cavolate.

Ora vedo se riesco a fare un current mirror del genere (ogni aiuto è ben accetto)

Il rendimento sarebbe molto più alto, e la precisione abbastanza buona. Anzi, con i giusti transistor si potrebbe arrivare addirittura a 24 bit di risoluzione penso (partendo da correnti piccole e incrementandone il valore)

Il volume sarebbe modificabile direttamente agendo sul valore di I (il resto viene di conseguenza)

scusate il doppio post ma penso ne valga la pena.

In riferimento a questo sito il Wilson current mirror ha in entrata I, in uscita I e alla massa 2 volte I. Esattamente quello che stavo cercando

Basta che invece di andare a massa vada ad un altro Wilson e si ha il mirror di cui avevo bisogno. E senza resistenze!

conto dei transistor (1 canale):
8 bit -> (2 semionde) * (8 bit) * (3 bjt) + 2*8 mosfet = 48 bjt e 16 mosfet
24 bit -> (2 semionde) * (24 bit) * (3 bjt) + 2*24 mosfet = 144 bjt e 48 mosfet

in generale per ogni canale di n bit ci vogliono [6n bjt] + [2n mosfet]

24 bit non è fattibile, perché anche in teoria, anche usando come corrente di base 1uA si ottiene come valore massimo 167,772A!! In potenza, su 8 ohm, sono ben 225180W teorici. Peccato!

Morale: ci vogliono tanti transistor

Contando che solo gli ultimi due della catena devono poter dare una corrente di pochi Ampere e tutti gli altri molto meno (dalla metà in giù) si possono usare bjt economici. Idem per i mosfet.
Usando 1mA come corrente di base, con 8 bit si raggiungono 52W su 8 ohm (nel transistor per cui passa più corrente si parla di 2,55A teorici - valore accettabilissimo)

I bjt basta che siano accoppiati di tre in tre. Si trovano dei package contenenti 4 bjt accoppiati in fabbrica. (Esempio: MAT04 della Analog Devices)
Per quelli che richiedono un po' più di corrente basta selezionarli manualmente. Come detto sopra non serve che sopportino più di 2,55A indipendentemente dal carico.

L'idea principale è di raddoppiare la corrente invece che dimezzare la tensione. Moltiplicare è più sicuro che dividere, si evitano molti problemi di resto e quindi di precisione.




Poi volendo si possono usare configurazioni ancora più precise del Wilson tipo questo, ma penso che per ora non ce ne sia bisogno.
Un ampli come questo è un bijou per gli altoparlanti a bassa impedenza, non risentendo praticamente del carico


PS: qualche mod mi potrebbe cambiare il titolo in "progetto Power DAC"? Grazie

ok, finalmente posso esserti utile

Grazie. Visto che ci sei, che ne pensi della mia idea?

non sono in grado di dare un giudizio "tecnico" ahimè
l'idea sembra buona, potresti fare una prova con pochi bit/componenti, per renderti conto di eventuali magnagne implementative pratiche,
soprattutto in merito alle tolleranze dei componenti sia attivi che passivi, e quindi alla precisione (distorsione) finale..
era interessante lo schemino degli OpAmp di prima proprio per via della sua semplicità, anche se costituisce soluzione radicalmente diversa..
più che altro mi chiedo, l'allineamento temporale dei bit di ingresso dovrà essere particolarmente curato, sennò ti ritroverai spike e "sporcizia" di assestamento ad ogni cambio di "parola" digitale, cosa che forse i DAC a bassa tensione / potenza gestiscono meglio, per via delle limitate escursioni del segnale che devono creare..
poi magari il problema è identco, ed è solo una questione percentuale fissa..
in ogni caso, UN'OVAZIONE !

non credo ci siano problemi di temporizzazione e ti spiego perché.

Wilson mirror current



Come vedi nei rami di sinistra e destra fluisce sempre la stessa corrente. Essa si può interrompere sul ramo di destra fintanto che un mosfet tiene chiuso il rubinetto. Appena il rubinetto si apre la corrente fluisce. Temporalmente parlando c'è di mezzo solo il tempo di switching e quello di percorrenza del circuito stampato. Appena il mosfet di controllo è in saturazione la corrente fluisce correttamente.

quindi non ci mette più del tempo di salita/discesa del mosfet a stabilizzarsi.

Il bello di tutto ciò è che il circuito è equivalente ad un generatore di corrente con resistenza in parallelo equivalente mooolto grossa, quindi con un fattore di smorzamento mooolto alto indipendentemente dal carico


EDIT: meglio usare dei bjt anche per il rubinetto di destra.

ok, ltspice mi dice che alcuni dei BJT dissipano parecchio (anche 15 W con carico 8 ohm)

Ma comunque rimane il fatto dell'altissimo fattore di smorzamento.

Vedo se si può ovviare al problema in qualche modo

applicazione un po' "alla muzzo" ma perfettamente funzionante: usare 256 mosfet, uno per ogni sfumatura degli 8 bit. Il resto viene modulato e filtrato da un LC

Frequenza di lavoro: 600kHz
Frequenza di taglio: 30kHz



Non richiede la dissipazione di grandi potenze (qualcosina di più nei rami a corrente più elevata per i mosfet di switching), ma sempre comunque bassa

l'ampli funziona con basse tensioni ma correnti relativamente alte (anche 2,6A a volte)
L'alimentazione deve essere moderatamente regolata in tensione (un lm1084 penso possa bastare) ma ben regolata in corrente. L'ampli si basa tutto sulla corrente. E' per questo che ha un fattore di smorzamento così alto: è come un generatore di corrente con resistenza parallela equivalente molto alta.

268 mosfet per ogni canale (256 per il current mirror, 8 per il controllo binario, 4 per switchare la polarità dell'altoparlante)
meno male che costano poco! Devo ancora eliminare un fastidioso undershoot (basta un diodo nel posto giusto penso), sono comunque pochi microAmpere
Per poco intendo 24 euro 500 pezzi
Il problema è saldarli: non finiranno più
In compenso il layout sarà semplicissimo da realizzare

I mosfet di switching possono essere controllati anche già solo dal processore, richiedono un'inezia di carica per andare (naturalmente più la tensione di driver è alta e meno sarà la resistenza interna, quindi meno sarà la potenza da dissipare, ma sarà anche più soggetto a overshoot/undershoot alla chiusura/apertura)

I mosfet sono molto interessanti perché tra il gate e il source non passa corrente ma c'è solo diverso potenziale, differentemente dai bjt dove c'è sempre una corrente, per quanto piccola, che rompe le balle e sfalsa i calcoli tra base ed emettitore portando distorsione
Quindi i mosfet non serve siano matchati. Il che è un bene.

Devo scegliere un processore di facile implementazione. Avete qualche idea?

buondì, rieccomi di nuovo qua. In questi anni ho avuto millemila cose da fare ma ora sto studiando all'università giusto giusto il mondo degli FPGA e ci stiamo avvicinando all'elettronica analogica. BTW, ho continuato a rimuginare su questo progetto arrivando a due soluzioni. La prima involve un alto numero di transistor (circa 600 per 8 bit effettivi D: ), l'altra ha bisogno di meno risorse ma i transistor scaldano di più. Devo ancora decidere quale approccio.
Il secondo metodo usa l'equivalente di una rete R-2R ma formato da una serie di transistor in una configurazione denominata "W-2W" a fare da limitatore/generatore di corrente.
Qui il link alla topologia: http://cmosedu.com/jbaker/courses/ece614/s08/lec24_ece614.pdf
(che, tra parentesi, credevo di aver inventato io XD)

Per il driver, come dicevo un FPGA che implementi un delta-sigma multipass di alto ordine (almeno 4 direi) su più bit per modulare lo switching dei current mirror, con tutti i crismi del caso (oversampling, dithering, noise reshaping, low pass filter...)

Pensavo ad una cosa simile al DSD (delta sigma di un segnale a 44100Hz sovracampionato 64 volte, 2.8MHz circa).

Devo capire inoltre quali transistor conviene usare, se i mosfet o i bjt. Per la parte di switching, gli interruttori veri e propri, sicuramente dei mosfet, che sono più "trasparenti" al circuito comportandosi abbastanza bene come interruttori, ma per la parte analogica, i current mirror, forse è bene usare i BJT che sono più rapidi a seguire le variazioni brusche (in effetti hanno capacità intrinseche notevolmente più basse, quindi sono più "veloci"). Solo che il prof ci sta facendo una guerra psicologica ai problemi dei BJT, soprattutto il beta che varia in modo, diciamo, cinofallico ("alla cazzo di cane" XD)

Idee? che ne pensate?