Zasada działania ACSS (Audio GD Current Signal System)

Opublikowano dnia 15-06-2022

1. Historia technologii CCT

 

CCT przeszła długą ewolucję od etapu prostych modeli laboratoryjnych do w pełni funkcjonalnych projektów mających praktyczne zastosowanie. Już w 1966 roku profesorowie K.C. Smith oraz Adel S. Sedra opublikowali koncepcję „układów analogowych typu prądowego” (current mode analogue circuits). W 1968 roku George R. Wilson przedstawił słynne Lustro Prądowe Wilsona. W sierpniu 1968 opublikował pracę „The Current Conveyor – A New Circuit Building Block” i zademonstrował pierwszy układ Current Conveyor.

 

UKLAD

 

 

Układ Current Conveyor pierwszej generacji nie jest w stanie dokładnie przenosić sygnału audio. Dlatego w 1969 K.C. Smith i Adel S. Sedra zaprojektowali lepszy, dokładniejszy układ CCT, przedstawiony poniżej.  

UKLAD

 

 

Oba układy zaliczane są dziś do pierwszej generacji CCT. Mimo, iż zaprojektowano je w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku, do dziś spotyka się popularne wzmacniacze OPA czy projekty dyskretne wykorzystujące układ CCT pierwszej generacji. Układy te nie mogły funkcjonować samodzielnie, musiały stanowić element większych projektów. W roku 1970, profesor Adel S. Sedra zaprojektował układ CCT nazwany później układem drugiej generacji (CCT II). Układ ten był w stanie dokonać dokładnej konwersji napięciowo prądowej, dlatego został szybko zaakceptowany na całym świecie. Wielu konstruktorów zaprojektowało urządzenia wykorzystujące CCT II, jednak projekty charakteryzowały się zbyt wąskim pasmem częstotliwości i zbyt niską szybkością narastania napięcia wyjściowego, aby można je było zastosować w praktyce. Spowodowało to spadek zainteresowania układami działającymi na zasadzie CCT.

 

Po długiej przerwie, w roku 1984 Brett Wilson opublikował nowy układ Current Conveyor, złożony ze wzmacniacza OPA oraz lustra prądowego z parą tranzystorów. Układ ten był w stanie dokonać szybkiej konwersji napięciowo prądowej, a gotowe projekty charakteryzowały się pasmem częstotliwości sięgającym 3 Mhz oraz THD poniżej -70dB. Urządzenia generowały prąd 10mA przy zasilaniu napięciem ±15V i znacznie przewyższały wcześniejsze układy CCT. W roku 1985 Normand zaprezentował układ o większej wydajności i szerszym paśmie częstotliwości oraz THD na poziomie poniżej -85dB. W 1995 roku Wadsworth zaprojektował układ CCT, dla którego uzyskał patent w USA. Później patent ten odkupiła od niego Wadia i zastosowała w swoich produktach o nazwie SC-1 (Swift Current).

 

 

2. Przykład zastosowania Technologii CCT – DAC NFB-1.32 z układem Sabre ES9018.

 

W branży audio, najlepsza jest prosta i krótka droga sygnału. NFB-1.32 jest zbalansowanym przetwornikiem DAC, w którym zastosowano układ scalony firmy Sabre ES9018 oraz dyskretne elementy analogowe. Zazwyczaj w zbalansowanych przetwornikach DAC opartych na ES9018, sygnał wyjściowy w części analogowej jest wzmacniany przez trzystopniowy zestaw wzmacniaczy OPA. NFB-1.32 zaprojektowano inaczej, z wykorzystaniem układu ACSS bez kondensatorów sprzęgających. Scalony przetwornik C/A ES9018 podaje sygnał bezpośrednio do zbalansowanego przedwzmacniacza. Przedwzmacniacz przekazuje sygnał wprost do stopnia wyjściowego urządzenia i przeprowadza konwersję I/U w ramach jednostopniowego układu ACSS. Przedwzmacniacz ten ma tylko jeden stopień wzmocnienia prądowego. Najkrótsza z możliwych droga sygnału pozwala na najwyższą precyzję i dynamikę dźwięku - bez podbarwień. Dzięki temu są słyszalne prawdziwe efekty pracy ES9018.

 

NFB1

 

NFB-1.32 jest zbalansowanym przetwornikiem cyfrowo-analogowym. Każdy z dwóch kanałów audio (lewy i prawy) jest połączony z ES9018, który podaje sygnał prądowy różnicowo do dwóch układów ACSS w każdym kanale. Całe urządzenie składa się więc z czterech układów Current Conveyor. W celu przetworzenia na sygnał napięciowy, sygnał prądowy z ES9018 po przejściu przez układ przedwzmacniacza ACSS jest podawany na złącza XLR lub RCA poprzez cztery grupy kaskadowych buforów zbudowanych z tranzystorów polowych, które utrzymują impedancję wyjściową na jak najniższym poziomie. Poniższy schemat przedstawia układ ACSS – serce NFB-1.32. Jest to układ Current Conveyor.

 

ACSS

 

 

NFB

 

 

3. Zasada działania lustra prądowego Wilsona. Poniższy schemat przedstawia układ Current Conveyor oparty na Lustrze Prądowym Wilsona.

 

MIRROR

 

 

OPIS

 

Jeśli rezystory mają tę samą rezystancję to i3 = i4.

 

OPIS

 

Współczynnik β oznacza h21e (wzmocnienie prądowe tranzystora). Wprawdzie β nie może być równe nieskończoności, ale już przy wartościach tego współczynnika rzędu β = 300, różnica wartości prądów i1 oraz i2 jest na poziomie niższym niż 0.003%. W świecie techniki audio wartości te możemy uznać za bliskie zeru. Dzięki zastosowaniu tranzystorów o wysokim β uzyskujemy zniekształcenia nieliniowe na poziomie bliskim zeru. W klasycznych układach, sygnał przechodząc przez tranzystory o nieliniowej charakterystyce ulegał zniekształceniu. W układzie CCT, przechodząc przez tego samego typu tranzystory, o takiej samej, nieliniowej charakterystyce sygnał na wyjściu pozostaje dokładnie taki sam, jak sygnał wejściowy.