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差分输入ADC的单端到差分转换器驱动设计

面包板社区 · 公众号 · · 2024-05-28 17:05

正文

单端信号需要转换成差分信号，以便使用ADC进行转换。这个就所谓的ADC驱动电路。

需要的结果为

Vp = Vcm + Vi/2
Vn = Vcm – Vi/2

这样 Vp – Vn = Vi

使用简单的加法器和减法器完成这个功能。电路中Vcm = 2.5V

可以求得

Vp = Vcm+Vi
Vn = Vcm-Vi

得到的结果差分信号为输入信号的2倍，实现单端到差分的转换。上述结论需要信号源输入阻抗为0。因此对于输出阻抗较高的传感器是不适用的。另外需要使用多个匹配度较好的电阻，否则会产生误差。

考虑简化一下，使用下面的电路。

Vp = Vi
Vn = 2*Vcm – Vi

如果令Vp = Vcm+Vi，则可以得到 Vn = Vcm – Vi。

由

Vp – Vn = -2*Vcm+2*Vi

可以看出，差分输出的结果实际上是输入信号的2倍再减去 2倍Vcm。

当然完全没有必要再增加电路处理这个2倍Vcm，可以将AD转换后进行数字处理。如果需要处理负输入信号，这个电路需要使用正负电源供电。如果信号恒为正，则无此要求。

这个电路可以接收的信号范围为：0~2*Vcm。

这个电路的好处是降低了信号源输入阻抗的要求，减少了高精度电阻。提高了电路精度。通常需要依据信号的类型，选择高精度的运放并且运放的增益带宽积至少大于输入信号带宽的2倍。