Single-Ended-zu-Differential-Wandlung und ADC-Anwendung

Ich bin nicht ganz vertraut mit den Dingen, die ich beschreiben werde. Also brauche ich hier etwas Hilfe.

Ich möchte einen AD4001 ADC in ein Board integrieren, das ich gerade entwerfe. Die Sache ist, dass mein analoges Signal Single-Ended ist und ich brauche, dass es differentiell ist, um in den ADC einzutreten. Das Datenblatt des AD4001 schlägt eine Anwendungsschaltung vor, die ich in der Abbildung anhänge.

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Basierend auf dem AD4001-Datenblatt habe ich den Differenzverstärker ADA4940 ausgewählt, um mein analoges Signal in sein Differenzsignal umzuwandeln. Ich habe das SPICE-Modell von seiner Website heruntergeladen und es mit LTSpice ausgeführt. Anbei ist seine Schaltung.

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Mein analoges Eingangssignal beträgt 0-5 Volt, daher habe ich eine Spannungsversorgung mit 2,5 V DC-Offset und 2,5 V Amplitude verwendet. Dann 2,5 V als VOCM und 5 V als VS. Die Ausgangssignale, die ich bekomme, sind die folgenden:

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Ist der blau-rote Differenzausgang der richtige vom grünen Eingang? Wie ist es mit dem VOCM verbunden? Ich kann nicht verstehen, wie das anfängliche Signal basierend auf seinem differentiellen Signal gebildet werden kann.

Ist es der richtige Eingang für den ADC für meinen analogen Eingang? Ich habe gelesen, dass der ADC die Differenz zwischen positiven und negativen Signalen umwandelt, aber ihre Differenz erreicht niemals 5 V.

Außerdem möchte ich ein einzelnes Versorgungssystem (5 V DC). Aber mein analoges Signal ist 0-5V. Bedeutet dies, dass es nicht möglich ist, eine solche Schaltung zu implementieren, da Vref ~ 4 V erreicht, oder ich 5 V an Vref und V + des Verstärkers anschließen könnte?

Warum verwenden Sie einen differenziellen A/D, wenn das zu messende Signal bereits massebezogen ist? Das macht keinen Sinn.
Ich möchte eine im ADC integrierte SPI-Schnittstelle und einen Durchsatz von möglichst nahe an 5 MSPS. Ich habe den AD4001 mit SPI und 2 MSPS gefunden und dachte, es passt ...
Das ist ein dummer Grund, einen ansonsten unbequemen Teil auszuwählen. Es sollte viele SPI-A/Ds zur Auswahl geben. Können Sie auch einfach den negativen Differenzeingang des A / D erden? Ich habe nicht auf das Datenblatt geschaut, um zu sehen, ob dies möglich wäre. Oft ist ein differentieller Eingang eine Option , keine Voraussetzung.

Antworten (1)

Ich habe gelesen, dass der ADC die Differenz zwischen positiven und negativen Signalen umwandelt, aber ihre Differenz erreicht niemals 5 V.

Ihr Single-Ended-zu-Differenzverstärker hat eine Spannungsverstärkung von 1, sodass bei einem Eingang von 5 Vpp der Differenzausgang 5 Vpp beträgt. Um 5 Vpp an jedem ADC-Eingang zu erhalten, benötigen Sie eine Spannungsverstärkung von 2, was einen Differenzausgang von 10 Vpp erzeugt.

Ich möchte ein Einzelversorgungssystem (5 V DC). Aber mein analoges Signal ist 0-5V. Bedeutet dies, dass es nicht möglich ist, eine solche Schaltung zu implementieren, da Vref ~ 4 V erreicht, oder ich 5 V an Vref und V + des Verstärkers anschließen könnte?

Eine einzelne 5-V-Versorgung dient als Referenzspannung, wenn der Verstärker über einen Rail-to-Rail-Ausgang verfügt. Es wird jedoch in der Nähe der Versorgungsschienen eine gewisse Nichtlinearität geben, und es kann schwierig sein, eine ausreichende Stabilität der Referenzspannung zu erreichen. Daher ist es möglicherweise besser, eine niedrigere Referenzspannung zu verwenden und den ADC-Eingangsspannungsbereich entsprechend zu reduzieren.

Im Allgemeinen ist es nicht notwendig (oder sogar wünschenswert), den ADC-Eingangsbereich zu „maximieren“. Die Verwendung einer 4,096-V-Referenz mit einem Differenzsignalbereich von 5 Vpp (statt dem theoretischen Maximum von 8,192 Vpp) verliert weniger als 1 Bit an Auflösung. Wenn Sie jedoch den gesamten Codebereich haben müssen, passen Sie einfach die Verstärkung des Verstärkers an, um ihn zu erzeugen.

Danke Bruce. Wenn ich also eine stabile 5-V-Spannungsreferenz haben könnte (z. B. Ausgang eines Spannungsreglers), sollte meine Referenzspannung in Ordnung sein, oder? Und wenn ich möchte, dass der Eingangsbereich des ADC 0 bis 5 V als Single-Ended beträgt, wie soll ich die gesamte Schaltung konfigurieren? Soll ich das Single-Ended-Signal von 0 bis 5 V am + IN des Differenzverstärkers eingeben und seine Verstärkung auf 2 erhöhen, um 10 Vpp für den Differenzeingang des ADC (5 Vpp für jeden Eingang) zu erhalten? So funktioniert es? Sollte jeder der Differenzeingänge des ADC 5 Vpp haben, um das richtige Ergebnis zu erhalten?
Ja, die 5-V-Versorgung ist in Ordnung, wenn sie gut geregelt ist. Erhöhen Sie R1 und R3 auf 2k, um eine x2-Verstärkung zu erhalten. Ein Single-Ended-Eingang von 0-5 V ist +-2,5 V relativ zu Vcc/2, daher denke ich , dass R4 mit +2,5 V verbunden sein sollte, nicht mit Masse (leider kann ich das nicht überprüfen, weil ich kein LTspice habe Modell für den ADA4940). Jeder ADC-Eingang sollte 5 Vpp erhalten, was bei x1-Verstärkung und 10 Vpp (+-5 V) Single-Ended-Operationsverstärkereingang auftritt.
Single-Ended-zu-Differential-Wandlung und ADC-Anwendung
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