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  • 对于单端输入,无法区分信号与干扰噪声,大部分接地和噪声问题都通过差分信号技术来解决。  采用差分信号走线时,两条信号线从信号源接到数据采集接口,这就可以解决单端连接所引起的上述问题。发送接地层与接收接...
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  • 文章主要介绍多功能低功耗精密单端差分转换器的方法。
  •  LT:registered:6350 是一款具快速稳定时间的轨至轨输入和输出、低噪声、单端差分转换器 / ADC 驱动器。它可将一个高阻抗或低阻抗单端输入信号转换为一个适合驱动高性能差分逐次逼近寄存器 (SAR) ADC 的低阻抗、...
  • 常用单端差分转换电路

    万次阅读 2017-02-08 15:57:25
    单端差分转换电路采用的是AD公司的AD8138,该放大器具有较宽的模拟带宽(320MHz,一3dB,增益1),而且可以实现将单端输入变成差分输出的功能。此项功能在现代高速模数变换电路中非常有用,因为几乎所有的高速A/D...

    1、可采用AD8138来实现

    单端到差分的转换电路采用的是AD公司的AD8138,该放大器具有较宽的模拟带宽(320MHz,一3dB,增益1),而且可以实现将单端输入变成差分输出的功能。此项功能在现代高速模数变换电路中非常有用,因为几乎所有的高速AD芯片都要求模拟信号为差分输入,虽然部分芯片的手册中提到对于单端输入信号也可使用,但这样一来会使AD转换结果的二次谐波增大,降低信噪比(SNR)AD8138很好的解决了这个问题,用户可以很容易的将单端信号转换成差分输出而不必使用变压器,并且它的输入阻抗高达6MQ,可以直接与输入信号相连而省略隔离放大器,大大精简了电路结构。相对于运算放大器,AD8138在差分信号处理方面取得了重大进步。AD8138可以用作单端至差分放大器或差分至差分放大器。它像运算放大器一样易于使用,并且大大简化了差分信号放大与驱动。该器件采用ADI公司的专有XFCB双极性工艺制造,-3 dB带宽为320 MHz,提供差分信号,谐波失真在现有差分放大器中最低。AD8138具有独特的内部反馈特性,可以提供输出增益和相位匹配平衡,从而抑制偶数阶谐波。

    其典型应用电路接法如下图所示:

     

    常用单端到差分转换电路

    2、采用AD8042实现

    一片AD8042(内部为两个运放)即可实现单端到差分电路的转换,其参数详见datasheet,具体接法见下图:

     

    常用单端到差分转换电路


    高速 DAC,比如模拟器件(Analog Devices)公司的 AD9776/78/79 TxDAC 系列,能提供差分输出,但对于低端交流电应用或高精度电平设置应用,配备差分转换电路的单端电流输出 DAC 提供了一种新颖的方法来生成差分波形控制功能。图 1 中的基本电路组合了电流输出 DAC(即 IC1,如 8 位AD5424 DAC)和一个单端至差分运算放大级IC2、IC3A、IC3B——来产生要求的输出。对于双电源应用,可选择 DAC 的单极工作模式来达到 DAC 的最优性能。DAC 利用单一运算放大器提供了双象限倍增或单极输出电压摆动。DAC 的输出需要缓冲器,这是因为对施加到 DAC 输入端的代码进行改变,就会改变它的输出阻抗。

    常用单端到差分转换电路


      以下公式定义了电路的输出电压:VOUT=-VREF×(D/2N),其中 N 定义了输入位数,VREF 是基准电压,D 是二进制代码的十进制等价值。为了生成正共模电压,可把负电压用作 DAC 的基准电压。DAC 的内部设计可容纳 -10 V ~ +10V 的交流电基准输入信号。在这种模式中,当您依靠一个 5V 电源对DAC 供电时,它为 

    四分之一满刻度代码变化提供 5Msps 最大更新速率。只有当您的应用需要可调增益时,才使用电阻器 R1 和 R2

      单端至差分级由两个交叉耦合运算放大器组成,电阻器 R5 和 R6 配置成一个单位增益跟随器。为了实现对称电路,各输出还作为单位增益反相器通过 R7 和 R8 互相驱动。向运算放大器 IC2 的正端子施加的电压设定了电路的共模电压。电阻器 R3 和 R4 控制着差分电压的大小。请注意应用的输出负载要求以及运算放大器的输入电压和输出电压能力。

      对于单电源应用,可在反向模式中使用电流输出 DAC,其中,把基准电压 VIN 施加到 DAC的IOUT1引脚,并从 DAC 的 VREF 端获得输出电压(图2)。在这种配置中,正基准电压产生正输出电压。该电路不使用 DAC 的反馈电阻器 RFB,并且它与 IOUT1 之间的连接防止了杂散电容效应。DAC 的基准输入有一个阻抗,该阻抗随施加的代码而变化,因此需要一个低阻抗源。

     

    常用单端到差分转换电路


      请注意:DAC梯型电路中的各开关不再具有相同的源极至漏极驱动电压,这又把输入电压限制在低电压。结果,各开关的接通电阻各有不同,并降低了DAC的线性度。另外,该模式还把最高更新速率限制在1.5Msps。您可以使用双运算放大器的若干部分来缓冲 DAC 的输入,并放大 DAC 的输出电压(图 3)。该电路的预定应用决定了您对配套放大器的选择。对于低速的精密应用,运算放大器需要很低的输入偏置电流和输入偏移电压,以避免 DAC 的 DNL(差分非线性)性能的恶化。例如,AD8628 在室温和5mV最高输入偏移电压下提供 100pA最大偏置电流。运算放大器的低频噪声在精密电平设置应用中很重要,而AD8628规定的0.1 Hz ~ 10Hz噪声低于 0.5mV p-p。它的满摆幅输入和输出使它非常适用于单电源电路。

    常用单端到差分转换电路


      对于高速系统应用,运算放大器的转换率不得主导 DAC 的转换率。运算放大器的带宽必须宽到足以驱动反馈负载,并且不得限制电路的总带宽,而 DAC的输出电压稳定时间应该决定电路的最高更新速率。图1和图2中的AD8042提供170MHz 带宽和 225V/ms转换率,使它很容易实现这些结果。其它高速运算放大器,如 AD8022、AD8023、AD8066,在本应用中也工作得很好。 

      DAC 只消耗 0.4mA 电源电流,因此运算放大器主导着电路的功耗。为了尽量缩小电路在 印制电路板上的占位面积,您可用单一 AD8044 四芯运算放大器来代替图 2 中的所有四个运算放大器。在 1.4V 共模电压和 0.6V 差分信号下,数字化 8 点正弦波的单端至差分转换产生了差分输出(图 3)。

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  • 在XILINX中差分输入信号到单端信号的转换
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  • 行业分类-电信-将单端信号转换差分信号的系统和方法.rar
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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,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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  • FPGA的差分单端信号的转换原语

    千次阅读 2020-07-29 19:55:01
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    具体如何设置差分对在7 Series FPGA & ZYNQ-7000 All Programmable SoC Library Guide for HDL Design(UG768)和7 Series FPGA SelectIO Resource(UG471)文档里面给出了HDL文件进行管脚分配的办法:

    OBUFDS原语(Primitive)可以进行单端转差分输出,其实使用该原语就是在FPGA IO Bank使用了一个LVDS发送器。

    对应的,用IBUFDS原语可以进行差分信号的接收,该原语在IO Bank使用了一个LVDS接收器。

    在Vivado环境中Flow Navigator -> PROJECT MANAGER -> Language Templates可以找到,上述原语分别如下:

    OBUFDS #(
        .IOSTANDARD("DEFAULT"), // Specify the output I/O standard
        .SLEW("SLOW")           // Specify the output slew rate
    ) OBUFDS_inst(
        .O(O),     // Diff_p output (connect directly to top-level port)
        .OB(OB),   // Diff_n output (connect directly to top-level port)
        .I(I)      // Buffer input
    );
    IBUFDS #(
        .DIFF_TERM("FALSE"),       // Differential Termination
        .IBUF_LOW_PWR("TRUE"),     // Low power="TRUE", Highest performance="FALSE"
        .IOSTANDARD("DEFAULT")     // Specify the input I/O standard
    ) IBUFDS_inst(
        .O(O),  // Buffer output
        .I(I),  // Diff_p buffer input (connect directly to top-level port)
        .IB(IB) // Diff_n buffer input (connect directly to top-level port)
    );

    从语法上看,上面的原语例化了LVDS发送器和接收器,其中I端口是输入,IB端口是I的互补差分信号输入,O端口是输出,OB端口是O端口的互补差分输出。

    在模块名和例化名之间,还有警号井号#带领的一些参数,这些都是和差分收发器具体实现相关的参数,比如具体的IO电平规格(LVDS,DIFF_HSTL等等),输出差分信号的压摆率(高/低),接收器端内部负载电阻使能,降低接收器的能耗等参数。

    同样,对于将PS上的接口如I2C,SPI这些接口复用到EMIO时,系统默认输出差分信号转单端信号也是如此处理:

     IOBUF I2C_SCL_IO
           (.I(I2C_SCL_I),
            .IO(I2C_SCL_IO),
            .O(I2C_SCL_O),
            .T(I2C_SCL_T));
      IOBUF I2C_SDA_IO
           (.I(I2C_SDA_I),
            .IO(I2C_SDA_IO),
            .O(I2C_SDA_O),
            .T(I2C_SDA_T));

    来自 <https://blog.tianjinkun.com/post/53.html>

     

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    在XILINX中差分输入信号到单端信号的转换

    一 理论基础:

    1理论:

    差分传输是一种信号传输技术,区别于传统的一根信号线一根地线的做法,差分传输如图所示,在这两根线上都传输信号,这两个信号的振幅相等,相位相反,在这两根线上的传输的信号就是差分信号。信号的接收端比较这两个电压的差值来判断发送端发送的是0还是1。在电路板上,差分走线必须是等长、等宽、紧密靠近,且在同一层面的两根线。

     

          2好处:

    1) 能够很容易地识别小信号,从差分信号恢复信号值在很大程度上与“地”的精确值无关,而在某一范围内。

    2) 差分信号对外部电磁干扰是高度免疫。一个干扰源几乎相同程度地影响差分信号的每一端,电压差异决定信号值,将忽略在两个导体上出现的任何同样干扰。

    3) 在一个单电源系统中能够精确地处理‘双极’信号。

    在fpga中采用的差分信号应用的比较多。

     

    二 XILINX FPGA中差分信号的使用方法

       在一个module模块中讲述差分信号转换到单端信号的方法

       1 在代码中的定义

       module chafen(

                                      clk_p,

                                      clk_n

                                      iin_p,

                                      iin_n,

                                      qin_p,

                                      qin_n,

                                       …

                          );

    Input clk_p;

    Input clk_n;

    Input [2:0] iin_p;

    Input [2:0] iin_n;

    Input [2:0] qin_p;

    Input [2:0] qin_n;

    Wire [1:0]iin;

    Wire [1:0]qin;

    Wire clk;

    //对差分时钟采用IBUFGDS IP核去转换

    IBUFGDS CLK_U(

                 .I(clk_p),

                 .IB(clk_n),

                 .O(clk)

    );

    //对差分信号采用IBUFDS IP核去转换

    IBUFDS Iin_u0 (

                    .I(iin_p[0]),

                      .IB(iin_n[0]),

                      .O(iin[0])

                      );

     IBUFDS Iin_u1 (

                      .I(iin_p[0]),

                      .IB(iin_n[0]),

                      .O(iin[0])

                      );

     IBUFDS Qin_u0 (

                      .I(qin_p[0]),

                      .IB(qin_n[0]),

                      .O(qin[0])

                      );

     IBUFDS Qin_u1 (

                     .I(qin_p[1]),

                     .IB(qin_n[1]),

                     .O(qin[1])

                      );

    Endmodule

    这个模块的时钟差分信号和数据差分信号在xilinx提供的IP下转换成单端信号以供后面的数据处理使用。

    三 XILINX FPGA中差分信号在planAhead使用方法

      在工程中编译完代码后,对管脚进行约束,点击

    后进入planAhead界面,你会发现这些差分信号和普通的信号有一定差异的,差分信号的输入是成对分配的,并且I/O标准是默认LVDS模式,(注意:要是不对差分信号进行IP核的差分信号转化,I/O标准下拉框是没有LVDS模式),如下图所示;

    在对iin_p[13], iin_n[13]在同一行中,根据自己板子的原理图对iin_p[13]进行管脚分配,分配完后发现iin_n[13]也自动按照原理图分配了引脚,所以只需要对iin_p[13]进行分配就可以了,差分的管脚分配是成对分配的,只要分配好了一个,另一个会自动分配好,所以不用担心另一个信号iin_n[13]怎么分配的问题。

    在分配好三个管脚后,在package界面看到下图的样子,显示已经分配了这留个引脚。

     

                   

    在这里就讲述完差分信号的在ISE软件中的转换问题,生成单端信号可供使用,信号的抗干扰性能也提高了,所以FPGA中使用差分信号也增多了,这些是在项目实践遇到的问题,在网上的可供查阅的资料也不多,借此机会将自己的遇到的问题和解决的方法 记录下来可供后续遇到这类问题的学习者参考,能够快速解决此类问题,快速进步。有什么好的建议请回信haitun200@126.com.

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空空如也

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单端差分转换