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  • 单端输入指信号有一个参考端和一个信号端构成,参考端一般为地端,差分是将单端信号进行差分变换,输出两个信号,一个和原信号同相,一个和原信号反相。差分信号有较强的抗共模干扰能力...单端转差分信号电路详解上...

    单端输入指信号有一个参考端和一个信号端构成,参考端一般为地端,差分是将单端信号进行差分变换,输出两个信号,一个和原信号同相,一个和原信号反相。差分信号有较强的抗共模干扰能力,适合较长距离传输,单端信号则没有这个功能。信号传输到接收端后,可以再将差分信号转变为单端信号。很多情况下需要将单端信号转为差分信号,这就要求有一种可以将单端信号转换为差分信号的电路,即单端-差分转换器。

    单端转差分信号电路详解

    单端怎么转差分信号_单端转差分信号电路详解

    上图中电路是一种双放大器反馈结构,其中运放决定了电路的精度以及噪声性能,而差分放大器则扮演了单端-差分转换功能。这个反馈结构抑制了AD8476的误差,包括噪声、失真、偏移、漂移,它用运放的大开环增益替代了AD8476内部的运放反馈回路。本质上,这个结构是采用运放针对输入端的开环增益,衰减了AD8476的误差。

    图中的外接电阻RF和RG设定单端-差分放大器的增益,即

    单端怎么转差分信号_单端转差分信号电路详解

    将RF短路,RG开路,可以设定为最低增益2。

    与任何反馈连接相同,必须非常注意确保系统的稳定。OP1177与AD8476的级联构成了一个组合式差分输出运放,其开环增益是OP1177开环增益与AD8476闭环增益的乘积。因此,AD8476的闭环带宽为OP1177的开环增益加了一极。为确保稳定性,AD8476的带宽应高于OP1177的单位增益频率。当电路的闭环增益大于2时,这个要求可以放松,因为电阻反馈

    网络可有效地将OP1177的单位增益频率降低RG/(RG+RF)。AD8476的带宽为5MHz,而OP1177的单位增益频率为1MHz,因此电路在任何增益下都不会有稳定性问题。

    当使用单位增益频率远大于差分放大器带宽的运放时,可以插用一个带宽限制电容CF,如图所示。电容CF与反馈电阻RF构成一个积分器,整个电路的带宽则为:

    单端怎么转差分信号_单端转差分信号电路详解

    带宽方程1/2系数的原因是:电路的输出是按单端反馈,而不是差分式。因此,电路的反馈系数与带宽都要减半。

    如果这个减少的带宽小于差分放大器的闭环带宽,则电路就会稳定。这种带宽限制技巧也可以将RG开路,从而获得2的增益。



    原文地址:http://m.elecfans.com/article/615845.html


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  • 这是有关基于AD8130的差分放大模块,望对你们的设计有用!
  • 目前的单端转差分电路一般分为3种: 第1种是非平衡变压器电路,主要器件为一个变压器,如图1所示。 图1:非平衡变压器耦合 第2种是差分放大电路,主要器件为一个差分放大器芯片,如图...

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    博客原文链接:ADC单端转差分电路分析 (qq.com)

    ​目前很多应用都需要用到差分信号,包括驱动高速模数转换器(ADC)、通过双绞线电缆传输信号、调理高保真音频信号等。由于差分信号在特定电源电压下可以提供较大信号幅度,提高了对共模噪声的抑制能力,降低了二次谐波失真,因而实现了更高的信噪比。基于这一需求,我们需要将大多数信号链中的单端信号转换为差分信号。

    目前的单端转差分电路一般分为3种:

    第1种是非平衡变压器电路,主要器件为一个变压器,如图1所示。

    图1:非平衡变压器耦合

    第2种是差分放大器电路,主要器件为一个差分放大器芯片,如图2所示。

    图2:差分放大器耦合

    第3种是平衡变压器耦合,主要器件为一个差分放大器芯片和一个变压器,如图3所示。

    图3:平衡变压器耦合

    这3种单端转差分电路的优缺点暂且不提,有兴趣的朋友可自行去查资料。就博主所从事的工作而言,差分放大器电路是使用最适合、最广泛的方案。接下来博主就以ADI公司的单端转差分芯片ADA4927来介绍一下差分放大器的设计步骤,这些设计步骤同样适用于其它类型差分芯片。

    术语定义,如图4所示:

    图4:电路术语定义

    差分电压

    输出差分电压定义为:

    输入差分电压定义为:

    共模电压

    该电压一般由ADC提供即可,其大小可表示为:

    差分增益

    如果同相、反相端的输入电阻RG和反馈电阻RF相等,则有上述电路的差分增益为:

    输入阻抗

    输入阻抗取决于差分放大器是由单端信号源驱动,还是由差分信号源驱动,对于差分输入信号(图5),两个输入端(+DIN和-DIN)之间的输入阻抗(RIN,dm)为:

    图5:差分输入阻抗

    对于本篇的主题,即单端输入信号(图6),输入阻抗(RIN,SE)为:

    图6:单端输入阻抗

    接下来我们看看如何将单端输入信号适当的端接到差分放大芯片ADA4927,设置的增益为1,RF=348Ω,RG=348Ω。通过端接输入电压为1VPP、源电阻为50Ω的输入源为例来说明操作步骤:

    1,输入阻抗根据以下公式计算(图7):

    图7:计算单端输入阻抗RIN

    2,为了与50Ω源阻抗匹配(图8),计算端接电阻RT时使用RT||464Ω=50Ω。最接近的RT标准阻值为56.2Ω。

    图8:添加端接电阻RT

    3,图8表明,由于添加了端接电阻RT,现在上反馈环路中的有效RG大于下环路中的RG。为了补偿增益电阻的不平衡性,需要在下环路添加一个校正电阻RTS,并使其与下环路的RG串联。RTS是源电阻RS和端接电阻RT的戴维南等效电路(图9),等于RS||RT。

    图9:戴维南等效电路

    RTS=RTH=RS||RT=26.5Ω(取标准电阻26.7Ω)。这里我们需要注意,从戴维南等效电路可以看出,等效输入电压VTH大于1VPP。经过调整后的电路如下图10所示:

    图10:戴维南等效值和匹配增益电阻

    到现在为止,电路基本设计完成了。通过上述几个步骤,我们确定了信号等效输入阻抗为50Ω,上下反馈环路也保持平衡。但是还有两个个问题:

    1) 两个环路中的等效RG值均变大了(加入了RTS),这导致我们需要的增益略小于1。

    2) 由于RT=56.2Ω,而不是50Ω,所以等效输入电压VTH的值要略大约1VPP,而我们设计的输入范围是1VPP。

    这两点对输入电压幅度的影响刚好相反,对于反馈环路中的大电阻值(~1kΩ),影响相互抵消。也就是说通过这样的设计后,输入信号幅度变大了,但是增益变小了,所以对输出信号幅度无影响。但是对于小阻值的RF或RG或高增益来说,减小的闭环增益不能通过增加的VTH完全消除,必须通过接下来的第4步来解决:

    4,在本例中,期望的差分输出是1VPP,因为端接的输入信号是1VPP,闭环增益是1。然而实际的差分输出电压等于1.06VPP*348/(348+26.7)=0.984VPP。为了获得期望的1VPP输出电压,可以通过增加RF来实现最终的增益调整,而不需要更改任何输入电路。RF计算公式如下:

    选择RF为标准电阻357Ω可提供1.01VPP的差分输出电压。最终电路如下图11所示:

    图11:端接的单端转差分电路,G=1

    今天博主的小技巧就分享到这里了,感谢各位~

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  • 摘 要:用电路分析的方法对差分放大电路单端输入信号的射极耦合传输及等效变换进行了深入研究,目的是探索单端输入差分放大电路中输入信号的作用过程。羞分放大电路单端输入信号,经差分管的发射极耦合传输,在...
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    转载于:https://ez.analog.com/cn/other/f/forum/107951/thread

    许多应用都需要使用低功耗、高性能的差分放大器,将小差分信号转换成可读的接地参考输出信号。两个输入端通常共用一个大共模电压。差分放大器会抑制共模电压,剩余电压经放大后,在放大器输出端表现为单端电压。共模电压可以是交流或直流电压,此电压通常会大于差分输入电压。抑制效果随着共模电压频率增加而降低。相同封装内的放大器拥有更好的匹配性能、相同的寄生电容,并且不需要外部接线。因此,相比分立式放大器,高性能、高带宽的双通道放大器拥有更出色的频率表现。

    一个简单的解决方案就是使用阻性增益网络的双通道精密放大器,如图1所示。此电路显示了一种将差分输入转换为带可调增益的单端输出的简单方式。系统增益可通过公式1确定:

     

    其中,增益=RF/1k,且(VIN1–VIN2)是差分输入电压。

    图1.差分输入单端输出放大器。

    通常,这种方法可以在出现EMI或RFI时提供更加稳定的读取功能,因此,建议在存在噪声问题的情况下使用。在测量热电偶、应变片和电桥式压力传感器输入时尤其如此,因为它们可以在嘈杂的环境中提供极小的信号。

    此电路不仅能测量传感器正负端的电压差,还能提供带部分系统增益的共模抑制功能,实现比单端输入更优越的性能改进。此外,此传感器地还可不同于模拟地。接地输出电压参考在许多应用中都非常重要。系统精度取决于网络电阻的容差。

    电路可以将差分输入转换为带可调增益的单端输出。系统增益可以通过RF和RG1的比值来设定,假设RG2=RG1且放大器B的增益为-1。

    例如,180MHz双通道放大器ADA4807-2可以构建为一个针对此应用的反相放大器,并且此电路的噪声较低。此电路拥有较低的静态电流(1000A/放大器),适合低功耗、高分辨率的数据转换系统。

    输入共模电压将会高于电源电压。采用轨到轨输出,这在大共模信号或大输出电压应用中非常有用。例如,数据采集板拥有可接受0V至5V单端输入的ADC。但是,信号源恰巧是传感器电桥产生的差分电压,电桥一个端子为正,而另一个端子为负,以响应存在共模噪声情况下的压力。

    图2.差分转单端放大器的性能。

    图2显示的是施加差分输入电压和电路增益变动的情况。RF值可设置系统增益。可以看到,这张图显示的是系统增益1、2和4,且1kHz时的差分输入电压为1Vp-p。

    此电路对于测量两个大电压之间的小差异非常有用。例如,可以考虑一个解决方案,利用1%的简单精度来监控由3V电池供电系统中的3V/GND供电的典型Wheatstone电桥电路。使用1%电阻或更优电阻可实现所需的精度水平,并且此电路将会抑制任何共模并按照设置的电路增益放大衰减电桥信号。如果驱动ADC,则需要应用一些电平转换功能,获得0V至5V范围的输出信号。

    该电路同时具有出色的失真和低静态电流的特点。双通道运算放大器解决方案可降低系统成本,而差分放大器的使用则可提高性能。

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  • 使用热敏电阻测量温度时常用压器电路,即: 它的问题是输出电压对RT 的阻值是非线性的: VADC=5R5+RT∗RT V_{ADC} = \frac{5}{R5 + RT} * RT VADC​=R5+RT5​∗RT 用这种电路测量温度时基本上只能用打表法,也...

    使用热敏电阻测量温度时常用分压器电路,即:
    在这里插入图片描述
    它的问题是输出电压对RT 的阻值是非线性的:
    V A D C = 5 R 5 + R T ∗ R T V_{ADC} = \frac{5}{R5 + RT} * RT VADC=R5+RT5RT
    用这种电路测量温度时基本上只能用打表法,也就是预先把ADC 值和温度的对应表存到程序里。如果希望让 R 5 R5 R5 尽量大从而让系数差不多是常数,那又会导致输出的电压太小,分辨力下降。

    因此考虑使用运放搭建的恒流源驱动电阻。
    在这里插入图片描述
    这个电路的初衷是用前一级运放作为恒流源驱动电阻RL。RF 是采样反馈电阻,运放的负反馈会令RF 上端的电压等于同相端输入的参考电压VREF。输出的电压即RL 两端的电压差,是个差分信号,不方便直接使用。所以后级运放接成差分放大器,把RL 两端的差分电压信号转换成对地的单端信号,方便后面串联ADC。串联放大器还可以在输出电压不变的情况下降低流过RL 的电流,对精确测量有好处。

    当R1 = R3, R2 = R4 时,这个差分放大电路的增益是 R 2 R 1 \frac{R2}{R1} R1R2

    它的问题在于,这种差分放大电路的输入阻抗很小。同相端输入的对地阻抗是R1 + R2, 分流了初级的输出电流。不过这个问题不大,因为这部分分流不会影响到RL 支路上RF 的电流采样反馈,只会增加运放的功耗。

    问题在反相端,这会让次级的输出电压Vo 经过R3 + R4 影响到RF 的电流。当Vo 小于VREF 时,经过RL 的一部分电流被次级sink,于是实际经过RL 的电流要大于经过R1 的电流。而当Vo 大于VREF 时,经过RL 的电流又会小于经过R1 的电流。

    简单起见,如果次级放大器的增益是常数,Vo 小于参考电压VREF,则输出电压Vo 可由下式计算:
    V O = V F N R F R L ⋅ R S R S − R L N V_O = \frac{V_F N}{R_F} R_L \cdot \frac{R_S}{R_S - R_L N} VO=RFVFNRLRSRLNRS
    其中,

    V F V_F VF 是参考电压VREF;

    R L R_L RL 是负载电阻,也就是热敏电阻;

    N N N 是次级增益,是常数;

    R F R_F RF 是采样反馈电阻;

    R S R_S RS 等于 R 3 + R 4 R3 + R4 R3+R4

    而在理想情况下,次级的输入阻抗无穷大,增益是常数,则Vo 等于:
    V O = V F N R F R L V_O = \frac{V_F N}{R_F} R_L VO=RFVFNRL
    对比以上两式,可知实际电路增加了一个非线性的因数:
    R S R S − R L N \frac{R_S}{R_S - R_L N} RSRLNRS
    要令非线性最小,也就是让这一项尽量接近1。 R L R_L RL 是热敏电阻的参数,不好操作。所以显然,只能让 R S R_S RS 尽量大,放大增益 N N N 尽量小。

    因此在实际电路中,如上面的电路图所示,令放大增益为1,差分放大电路只起到信号转换的效果。 R S R_S RS 即R3 + R4 接近100KΩ。然后要增大恒流源的输出电流来放大电压信号,这里取约5mA。在仿真环境下,RL 变化范围50 到150Ω 时,输出电压的线性比较满意。


    P.S. 这里用的热敏电阻是铂电阻,正温度系数,电阻值比较小。顺便也能推论,无论是用分压器还是这种恒流驱动,热敏电阻的阻值可能的话还是小一点儿比较好。而如果使用两个运放构成的差分放大电路的话,那种电路的输入阻抗大,就不必搞这些了。或者把ADC 的模拟地用上,直接给ADC 输入差分信号。

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  • 这是一个AD8138-单端转差分放大器模块的电路设计图,望有用!
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空空如也

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差分转单端运放电路