Signal Compatability için Op Amps ile Tek Taraflı Operalara Aktif Diferansiyel Tasarlama

Parasal sinyalleme, yüksek gürültü bağışıklığı ve ortak mod reddedilmesi, birçok modern iletişim arayüzünün arka kemiğini yapmak ve yüksek sadakatli ses yolları. Bununla birlikte, çoğu işlem aşamaları -ADCs, mikro kontrolcüler ve tek yönlü yükselteçler - tek yönlü sinyallerin kullanımı için yapılan tek yönlü sinyallerin bulunmaması - bu iki dünya için yapılan işletimsel sinyallendiricileri kullanarak bu hassas devreleri uygulamanız için bu hassas bir şekilde gerçekleştirmeyi sağlar.

Diferansiyel ve Tek Bitmiş İşaretleri Anlamak

dönüştürücü tasarıma girmeden önce, her sinyal tipinin temel özelliklerini anlamak önemlidir.

Diferansiyel İşaretler

Farklı bir sinyal iki tamamlayıcı gerilimden oluşur, genellikle etiketlenir:0)V ) ve [[Dönemli gerilimler[V[DÜye Olmayanlar için)[DÜye Olmayanlar[DÜye Olmayanlar[DÜyeler)[DÜye Olmayanlar[DÜye Olmayanlar[DÜye Olmayanlar)[DÜyeler)

• [FONT:0) Hiçbiri bağışıklık: [Dönetici elektromanyetik müdahale çiftleri her iki çizgiye eşit olarak (ortalama gürültü) eşit olarak geri dönülemezler.Bu gürültüyü etkin bir şekilde iptal ederler.
• [FONT:0)Yerelleri:[Dönemli:[Dönemli: 1) Hiçbir sinyal akımının zemin yoluyla geri dönüştüğünden, kaynak ve alıcı arasındaki olası farklılıklar sinyali etkilemez.
• [FONT=0) Yüksek dinamik aralığı:[Dönemli bir tedarik gerilimi için, diferansiyel salaklar tek uçlu hızlar olarak iki kat daha büyük olabilir (örneğin 0-5 V yerine ±5 V).

Single-Bitişli İşaretler

Tek taraflı bir sinyal tek bir tel ve ortak bir zemin arasında ölçülmektedir. Tek taraflı girişler ve arayüz üretmek kolaydır, ancak müdahale etmek için zemin gürültü ve susceptability. Çoğu analog-dijik dönüştürücüler (ADCs), mikro kontroller ve af-amp aşamaları tek uçlu girişler bekliyor.

Tek taraflı olarak alınan bir sinyalin, diferansiyel faydalardan bazılarını feda ederken sinyal bilgilerini geri yüklemesi, ancak dönüşüm orijinal sinyal kalitesini yükseltmek olmadan yapılmalıdır. Aktif bir dönüştürücü yüksek ortak nokta reddedilmesini (CMRR), doğru kazanç ve yeterli bant genişliğini koruyabilir - pasif bir direnç elde edemez.

Ops Ampifikasyonun Rolü Signal Change

Operasyonel yükselteçler, bu görev için ideal hale getiren aktif elementlerdir. Dış geri bildirimde bulunanlar, iki girişini ve sonucu ortadan kaldıran bir amplitüd uygularlar.

Kapalı Tasarım için kritik Op Para Para Para Para Parametreleri

Tüm af ampleri uygun değildir. Aşağıdaki parametreler dikkatle değerlendirilmelidir:

• [FONT=0]Common-Mode Rejeksiyonu (CMRR): [Dönder: 1) Bu, her iki giriş için de yaygın olan sinyalleri nasıl iyi reddettiğini belirtir.
• [FONT:0)Input Offset Gerilim (V_{)OS[D:2)[Dönetici:0)[Dönetici:0) Herhangi bir amplifik girişte, gürültü kazançlarıyla ölçeklendiren bir hata olarak görünür.}
• [[0)Slew Rate ve Gain-Band genişlik Ürün (GBW): ) Af amplifikasyon olmadan maksimum sinyal frekansı ele almak için yeterince bant genişliğine sahip olmalıdır.For audio, GBW > 1 MHz tipik; video veya yüksek hızlı veriler için, çok daha yüksek değerlere ihtiyaç vardır.
• [FONT:0)Input Impedance:[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜSÜŞÜNÜŞÜNÜ: 0:2) FET-İzİklimleri için Artırılmış ve yaygın-mode girişleri çok yüksek olmalıdır (genellikle > 10^).
• [FONT=0)Output Swing ve Gürültü: [Dönetici:[Dönetici:0)) Af amplifiğe ve ses uygulamalarına giriş yaparken gerekli çıktı aralığında sallayabilmeli.

Anahtar Tasarım Tahminleri

op amp seçiminin ötesinde, birkaç devre seviyesi faktörü dönüştürücünün performansını belirler.

Diren ve Hata Kazanın

Klasik fark yükselticisi (bir sonraki bölümde ortaya çıkan) dört maçlı direniciye dayanıyor. Uygulamada, direnme oranlarındaki yanlış bir bağın doğrudan sıra dışı CMRR'ye karşı çıkıyor ve hataya katılıyor.Her% 1 yanlışlık için, devrenin CMRR yaklaşık 40 dB'ye karşı çıkabiliyor.

Common-Mode Girişi Aralığı

Artırılmış amplif, belirtilen ortak nokta gerilimi aralığında çalışmalıdır. Eğer giriş ortak-mode gerilimi bu aralığı aşıyorsa, iç giriş aşaması bu şekilde saturates ve yükseltici artık doğru şekilde çalışmaz. Tedarik raylarına yakın sallanan sinyallerizle artırılmış artırılmış artırılmış artırılmış artırılmış artırılmış artırılmış.

Stability and Compensation

Geri bildirim ağı, gerekli olan yüksek hızlı tasarımlarda istikrar sağlamak için sabit kalması gereken bir döngü yaratır ve sürümdeki düzeltmeleri minimum geri yüklemeye neden olabilir.Küçük bir geri yükleme cihazı (birkaç resim) yerleştirin.Eğer gerekirse stabiliteyi artırmak için geri bildirim direnci ile paralel olarak.

Tek-Supply Operasyon

Birçok modern sistem tek bir pozitif tedarik kullanır (örneğin, 5 V veya 3.3 V). Bu durumda, diferansiyel giriş bazı orta-rayış gerilimleri etrafında merkezilenebilir ve sinyalin bir DC bileşeni olup olmadığını da AC darbe planı gerekir.[DDDDDDDDDDDD:0) = V[D:2).

Tipik Devre Yapılandırması

Temel Farklandırıcı Ampirasyon

En basit aktif dönüştürücü klasik tek-op-amp farkı yükselticidir:

• Hiçbir giriş (+) bir diferansiyel çizgi alır (V_)IN+) bir direnişçi R1 ile bu girdiden zemine (veya bir önyargıya)
• Giriş (-) diğer diferansiyel çizgiyi alır (V_{) -}) bir direnişçi R3 aracılığıyla, geri bildirimde bulunan bir geri bildirimle R4'e giriş yapın.
• Baskı (V_{) × (DÜDÜ) = (V) × (R1/R3) – direndiğinde (R1/R3) × ( R3 ve R4) kazanır.}

Basitlik ve en iyi CMRR için R1 = R3 ve R2 = R4. kazanç o zaman G = R2/R1 olur. giriş simetrik değildir: V_{)IN+) Yaklaşık R1 + R2, V için olsa da, V).}

Ampirasyon Alternatif

Dengeli yüksek giriş kritik olduğunda (örneğin, tek bir dış direnç veya ECG elektrotlarından), üç-op-amp enstrümanı yükseltici (INA) üstün bir seçimdir.üçlü bir amplifiğe sahip olmayan iki asimetrik diyapiyon, yüksek CMRR, ve tek bir dış dirençle ayarlandığında, birçok entegre INA'nın tercih edilir (örneğin, AD620, INA128).

Bitirme Kılavuzu

Direnciler

• [FONT:0)Tolerance:[[Dönetici: % 0.1 veya daha iyi doğruluk ve yüksek CMRR elde etmek için.
• [FONT=0)Temperature katsayısı (tempco):), Eşleştirilmiş cazip (e.g., ±10 ppm/°C) sıcaklık oranını korumak için.
• [FONT=0)Power Puanı:[Döneticileri, puanlanan gücü aşmadan en yüksek gerilimi idare edebilir.3 W veya daha yüksek tipik tasarımlar için.
• [FONT:0)Type: [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜŞÜN: 0:0)|SÜye Olmayanlar: [DÜye Olmayanlar: [DÜye Olmayanlar: [DÜye Olmayanlar İçin Düşük Gürültü ve İyi Bir kararlılıktan Kaçınırıklıkta Karşıtlamalar.

Operasyonel Ampifik

• [FONT:0)Input type:[Dönetici:[Dönder:) FET-input op amps (e.g., TL072, OPA1642) çok yüksek giriş engelleyicisini sağlar.
• [FONT:0)Supply aralığı:[Dönemli:[Dönemli:[Dönesel olarak):[Dönemli bir şekilde) mevcut tedarik raylarından çalışabilecek bir af amplifüsü seçin.Tek tedarik için, demiryolu-to-ray çıktısını seçin (RRO) tipi.
• [FONT:0)Band genişlik ve yarık oranı:[Dönetici:0)[Dönerli olarak, GBW düşük faz geçişini korumak için en az 10 kez olmalıdır. Slew oranı 2 ⁇ V_)peak).
• [FONT=0) Hayır: [Dönetici sinyalleri için, ultra sağdaki gürültü ile bir af amp seçin (örneğin, < 5 nV/POS(Hz)

Hesaplamalarla Tasarım Örnek

Bir diferansiyel-to-single-düklenmiş bir dönüştürücüyü 1 (unity) kazanarak, GBW = 1 MHz ile ses ±2.5 V diferansiyel olarak, 2.5 V'nin ortak noktası gerilimi ile tasarlayalım. Sistem tek bir 5 V tedarikini kullanıyoruz.

[FONT=0) 1.Adım:[0|0|0|0|0|0|0|>)[D=0|0|0|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x x x ))))))))))))|D=[x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|x|s )))))))))))))))))

[FONT:0)Adım 3 – Girişi kontrol edin:
) Diriliş giriş engellendi = 2 × R1 = 20 kULL (since girişler simetriktir).Bu, yüksek seviyeli ses için kabul edilebilir olabilir, ancak düşük maliyetli kaynaklar için olabilir.

[FONT:0)Adım 4 – Gerekli bant genişliğini belirleyin:[Dönetici][D:2) 20 kHz için, 1 MHz'in bir kazanan genişliği, GBW /noise kazancı = 500 kHz, amplifiğe sahip olmak için bir gürültü kazanç elde etmek aslında 2'nin (daha fazla giriş yapmadan önce) bir kazanç elde etmek için bir kazanç elde etmek için yeterlidir.

5.Adım:0)Adım 5 – Simulate veya test:
) Bir ekmek dolabında devre inşa edin, CMRR'yi her iki girişten de ortak 2.5 V sinyaline kadar kontrol edin ve mükemmel bir dirençle ölçül.

Simülasyon ve Test

Bir PCB'ye taahhüt etmeden önce, SPICE kullanarak dönüştürücüyü elde etmek için simülasyon, CMRR, bant genişliği ve geçici davranış. Parasitic kapasitances ve non-ideal a amp parametreleri ile gerçekçi modeller ekleyin: Anahtar testleri:

• [FONT=0)DC transfer eğrisi:[Dönemli dizideki Sweep diferansiyel girdiler ve lineerliği doğrulayın.
• [FONT=0)CMRR ölçümü: [Dönetici:[Dönetici: 0. Ortak mod değişikliği ile bölünmüş olan çıktı CMRR (veya AC analizi aracılığıyla hesaplandığında).
• [FONT:0]Frequency Cevap:[Dönetici:[Dönetici:0)) Check that the -3 dB noktası gereksinimleri karşılar ve bu zirve veya istikrarsızlığın meydana gelmesidir.
• [FONT:0) Noise analizi:[Dönetici:[Dönder: 1) Tüm çıktı gürültülerini tahmin etmek için direnç ve a amp gerilim gürültüyü içerir.

Test edilen tezgahta farklı bir kaynak gerektirir (veya iki sinyal jeneratörleri inverted çıktılarla). Çıktıyı doğrulamak için bir oscilloskop kullanın ve bir spektrum analizci veya FFT bozulma ve gürültüyü değerlendirmek için.

Uygulamalar ve Faydaları

Aktif diferansiyel-to-single-ended dönüştürücüler, içinde ubiquitous:

• [FONT:0] ISSo ekipmanları: sinyal saflığını korurken, dengeli XLR çıktılarını tek başına uçarak devre dışı bırakmak.
• [FONT=0)Data Acquisition Systems:[Döneticileri) Interface sensör çıktıları (daha fazla çift, RTDs, yük hücreleri) tek uçlu ADC girişlerine.
• [FONT:0)Instrumentation:[[Dönetici: · 4,4 veya Cenc sinyalleri algılamak ve işleme için verileri çıkarmak.
• [FONT:0]Video dağıtım: [Dönetici: [Dönetici:0) Dengeli video sinyalleri (örneğin, çarpık sürücülerin) standart 75 {{ tek uçlu.

Dönüşümün ötesinde, aktif devre filtrelemeyi içerebilir (örneğin, düşük uçlu anti-aliasing), seviye değişimi ve tamponlama - tek bir kompakt aşamada. Properly tasarlanmıştır, sinyal bütünlüğü ve sistemi bütünleştirmeyi artırır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Doğru topolojiyi seçmek ve işletim koşullarını sağlamak için sağlam bir aktif diferansiyel-to-single-düktörler amplitüdler ile doğrulanmış dönüştürücüyü tasarlamak, doğru topolojiyi seçmek ve işletim koşullarını sağlamak. Basit fark verici fark verici, amplifiğe dayalı birçok uygulama için etkilidir ve dönüştürücüler gerektiğinden emin olun.Daha yüksek hassasiyet ve dengeli yüksek çözünürlükte girişler için, bir araçlama yükselticiliği yükselticiliği sağlar.

[0]Daha fazla okuma için, bu mükemmel kaynakları düşünün: ).

• [FONT=0)Analog Cihazları - Diferansiyel Sinyal Dönüşümü Genel Bakış).
• [0]Texas Instruments - Hassas Tasarım: Single-Bitişli Operaya Diriliş[Dönem: 1]
• [FONT=0)Wikipedia - Operasyonel Ampiifier Uygulamaları).