Was sind die Bedenken bei der Umwandlung von Single-Ended-Signalen in differenzielle?

Anwendungsbeschreibung:

Wir wandeln einen unsymmetrischen DAC-Ausgang in einen Differenzialausgang um. Der DAC-Ausgang besteht aus einem DC-Signal (-10 V - +10 V) und Sinuswellen, die unter 100 kHz (unter 100 mVpp) laufen. Der DAC hat am Ende bereits einen OpAmp-Spannungsfolger.

Der Grund für die Konvertierung liegt darin, dass ich einen größeren Bereich der Ausgabe exportieren möchte. Der Bereich des unsymmetrischen Signals beträgt 20 V, während ein differenzielles Signal mit derselben Stromversorgung einen Bereich von 40 V liefern könnte.

Die Last, auf die die Ausgangsspannung wirkt, ist ein Kondensator, also mit sehr großer Impedanz. Ich denke, in diesem Fall sind die symmetrischen Ausgänge für Differenzspannungen nicht erforderlich.

Frage

  1. Kann ich am Ausgang des DAC einfach einen Spannungswandler verwenden? Der Grund ist, dass ich OpAamps mit kleinem Footprint mit mehreren OpAmps in einem Chip finden kann.

  2. Was sind die Überlegungen beim Entwerfen eines Konverters für diesen Zweck? Wie OpAmp-Auswahl, Rückkopplungswiderstände usw.

  3. Ich habe gesehen, dass einige Anwendungen differentielle OpAmps verwenden. Welche Vorteile haben sie im Vergleich zur Verwendung von OpAmps?

Sie sagen, der Zweck besteht darin, "einen großen Bereich der Ausgabe zu exportieren"? Ich verstehe nicht, was du mit "exportieren" meinst. Normalerweise ist der Grund für den Wechsel zum Differenzial, Gleichtaktrauschen zu vermeiden (was sich auswirken würde, wenn Sie das Signal beispielsweise über Twisted Pair senden möchten). Nur die Amplitude zu verdoppeln ist nicht vorteilhaft, es sei denn, Sie können das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) verdoppeln.
Welchen Wert hat der Kondensator?
Ist die Ausgangsgleichtaktspannung auf Masse oder auf etwas anderes bezogen?
@jpcgt In unserem Fall wäre es eine Steuerspannung, um ein kondensatorähnliches Gerät anzusteuern. 20V Bereich ist nicht ausreichend. Während 40V Reichweite ausreichend ist.
@Andyaka Die Kapazität soll ziemlich klein sein, etwa 10 pF. Es ist ein kondensatorähnliches Gerät, kein wirklicher Kondensator.
@SpehroPefhany Danke für deine Antwort. Für den Ausgang wird die Gleichtaktspannung auf Masse bezogen. Für die Last sieht es nur die Spannungsdifferenz und hat keine wirkliche Spannungsreferenz. Beantworte ich Ihre Frage?

Antworten (1)

  1. Ja, du kannst.
  2. Fähigkeit, kapazitive Last stabil zu treiben, niedrige Offsetspannung, hohe Gleichtaktunterdrückung, hohe Stromversorgungsunterdrückung, hohe Eingangsimpedanz, hohe Verstärkungsbandbreite, die üblichen Verdächtigen (aber in der Reihenfolge, die am wichtigsten wäre), der Rückkopplungswiderstand sollte wahrscheinlich vorhanden sein die 1kΩ-10kΩ, je höher und Sie erhalten "Johnson-Rauschen" je niedriger und Sie erhalten einen übermäßigen Strom, der vom Knoten weggezogen wird (Faustregel lautet, ihn so auszuwählen, dass die Widerstandsleiter für die Rückkopplung nur 1/10 des maximalen Ausgangsstroms verbraucht )
  3. Vorteile eines differenziellen Operationsverstärkers für die Konvertierung von einem zu einem anderen: Sie müssen sich keine Gedanken über eine Nichtübereinstimmung von zwei verschiedenen Eingangs-Offsets machen (jeder Single-Ended-Operationsverstärker hat seinen eigenen unterschiedlichen Eingangs-Offset), ich bin mir sicher, dass es andere außer mir gibt kann nicht an sie denken.
Danke für deine Antwort David. Könnten Sie bitte erklären, was Sie mit einer Nichtübereinstimmung von zwei verschiedenen Eingangs-Offsets meinen?
Eine sehr vereinfachte Art, dies zu verstehen, besteht darin, sich nur vorzustellen, dass die Eingänge immer um einige mV unterschiedlich sein müssen, um tatsächlich Null auszugeben. Wenn Sie also einen Eingang mit Masse verbinden und dann den anderen als Eingang verwenden, würden Sie, wenn Sie Null am Ausgang haben, tatsächlich etwas mehr als Null in den Eingang eingeben. Dies führt zu einem systematischen Fehler, immer um diese Eingangsoffsetspannung ausgeschaltet zu sein. Nun , wenn Operationsverstärker eins um +2,3 mV ausgeschaltet ist und Operationsverstärker zwei um -3,5 mV ausgeschaltet ist, wären die von ihnen ausgegebenen Wellenformen nicht umgekehrt symmetrisch. Das würde zu einem DC-Offset bei Ihren Messwerten führen.
Was sind die Bedenken bei der Umwandlung von Single-Ended-Signalen in differenzielle?
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