multiplizierende DA Wandler zur Realisierung von Surround Joysticks

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Surround Joystick

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Die Realisierung mit multiplizierenden DA Wandlern
Ein multiplizierender DA Wandler ist ein Bauelement, dass eine große Anzahl von FET's (Feld-Effekt-Transistor) als analoge Schalter, die zusammen mit einer Widerstandsmatrix und einem Ansteuerungskreis zu einer integrierten Schaltung zusammengefasst sind zur Quasi-Regelung eines analogen Signals verwenden. Die 'Regelung' erfolgt hierbei diskontinuierlich in Schritten, deren Anzahl durch den Aufbau des Wandler ICs vorgegeben ist. Die üblichen M-DACs (Abkürzung für Multiplying Digital to Analog Converter) arbeiten linear, was einer Verwendung mit analogen Audiosignalen nicht gerade entgegenkommt. Für die Regelung von analogem Audio sind fast immer logarithmische Regelkennlinien erforderlich. Die gewünschten Regelbereiche machen die Verwendung von Wandlern mit hoher Bitbreite erforderlich. Analog Devices produziert eine Baureihe von MDAC's, bei denen ein Schaltungsaufbau gewählt wurde, der intern bereits eine Logarithmierung vornimmt, sodass diese Wandler in dB-Schritten verstellt werden können. Die Auflösung und die Regelbereiche unterscheiden sich bei den verschiedenen Typen dieser Baureihe.

Es existieren sowohl Wandler mit Spannungsausgang als auch mit Stromausgang. Die Wandler mit Spannungsausgang besitzen eine im Wandler integrierten Ausgangsverstärker und werden meist mit der üblichen Logik-Versorgungsspannung von 5 Volt betrieben. Hierdurch ist das Qualitätsniveau des Audio Signals von den Eigenschaften des Verstärkers im Wandler abhängig und zusätzlich in der Aussteuerbarkeit auf einen Wert von etwas weniger als 5 Volt Spitze - Spitze, was in etwa + 7 dBu entspricht, begrenzt. Selbst wenn dieser Verstärker hinsichtlich seines Ausgangsrauschens hervorragende Werte hat, was bei den realen existierenden Wandlern definitiv nicht der Fall ist, ist die Dynamik auf einen Wert von etwa 100 dB begrenzt. Dies würde bedeuten, dass dieser Verstärker dann das Nadelöhr des gesamten Signalzuges ist. Der Eingang der Schaltung müsste um eine Übersteuerungsreserve von ca. + 26 dBu sicherzustellen um etwa 20 dB vorgedämpft werden. Hinter dem Wandler müsste dann in einem weiteren Verstärker diese Dämpfung wieder aufgeholt werden. Das Ausgangsrauschen von optimal - 100 dBu würde dann in den Bereich von -80 dBu kommen. Damit ist dieser Aufbau bereits indiskutabel schlecht.

Wandler mit Stromausgang benötigen einen externen Verstärker, bei dem es sich um einen Operationsverstärker mit Stromeingang handeln muss. Dieser kann integriert oder diskret aufgebaut sein. Die oben genannten Einschränkungen bestehen bei einer solchen Anordnung nicht; der Dynamik Umfang wird durch die Versorgungsspannung und die Art des externen Verstärkers bestimmt; die Widerstandswerte des MDACs gehen hier jedoch ein.

Die Ansteuerung selbst muss mit einem digitalen Code in einer dem Wandler entsprechenden Bitbreite erfolgen. Damit ergibt sich für den gesamten Aufbau die Notwendigkeit, das Ausgangssignal des eigentlichen Joysticks, der dann mit einer Gleichspannung beaufschlagt wird, zunächst über einen AD-Wandler in ein digitales Signal umzusetzen. Das digitale Ausgangssignal des Wandlers muss dann mit einer dem erforderlichen Regelverlauf angepassten Tabelle per Software umgesetzt werden. Dies ist eine typische Aufgabe für einen Mikrocontroller, der allerdings, wenn man ohne zusätzliche Interfacebausteine auskommen will über eine große Anzahl von I/O Ports und einen integrierten AD-Wandler mit mehreren Eingängen verfügen muss. Die Einbindung eines solchen Mikrocontrollers in einer analogen Audio-Schaltung auf hohem Qualitätsniveau setzt eine getrennte Speisespannung und eine räumliche Trennung von Digitalteil und Analogteil voraus. Hier besteht die Gefahr, dass digitale Taktsignale und Störfelder bei ungeschicktem Aufbau in das analoge Audiosignal eingeschleppt werden. Selbst bei diesbezüglich optimalem Aufbau bleibt diese Gefahr innerhalb des multiplizierenden Wandlers bestehen, da dort ja in jedem Fall die digitalen Steuersignale die Veränderung der 'Reglerstellung' bewirken. Leider kauft man sich alle diese für analoges Audio störenden Effekte bei der Verwendung multiplizierender DA Wandler automatisch mit ein, wodurch dieses Bauelement nicht gerade die beste Wahl für jegliche Art von Regelung oder Umschaltung von Audiosignalen hoher Qualität sind.