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我也问个 单端or差分输入 的问题？

jack zheng
Intellectual 499 points

Other Parts Discussed in Thread: ADS1675, THS4503, INA826, INA163, ADS1282, INA166, THS4520

看了刚才一个差分和单端的帖子，想到了我的应用，突然感觉迷惑了，深夜手绘了一张图，请教各位这种应用是属于单端、差分还是伪差分啊？

如图所示：电阻R为整个电路中的一部分，A端、B端分别为电阻两端，A点电压是+-300mv，B点电压是+-200mv，正电压和负电压持续时间在100ms到100us之间随机变化。A、B两端接到差分ADC（中间通过放大器），如ADS1675，采集电阻两端的电压信号Vr（即电压A减去B），这种应用对ADC来讲属于单端、差分还是伪差分输入啊？共模电压是多少呢？

 

谢谢！

  • 0
    TI__Expert 4811 points

    Hi jack,

    我认为它是差分。 共模电压 (A+B)/2.

  • 0 回复 Jeff Wang
    Intellectual 499 points

    呃。。。我咋感觉是单端的呢，特别像附图中的single end input模式

    见图！

    Jeff Wang1 说：

    Hi jack,

    我认为它是差分。 共模电压 (A+B)/2.

  • 0 回复 jack zheng
    TI__Expert 4811 points

    单端或假差分，有一点负端信号都不变化。

    你把共模电压看做地，就很能理解它是差分。

  • 0
    TI__Expert 4385 points

    您好，这个是典型的差分输入。共模电压为（VA+VB）/2。当然您的共模电压也是变化的。

  • 0 回复 Sunny Qin
    Intellectual 499 points

    典型的？怎么判断呢？原则是什么呢？我怎么还是感觉特别像图中的单端输入的情形呢，B点电压VB即为共模电压，差模即是VA-VB。

    刚才Jeff看了我贴的那张图观点也发生变化了呢。。。

    图中的200、300mv只是一个例子，电压是不断变化的，就是想采集电阻上的电压信号！

    那共模电压也在变化，这样的话，A、B两端是不是不能直接连接到差分ADC输入端了啊？ADC的共模电压需要固定的才行吧？

    Sunny Qin 说：

    您好，这个是典型的差分输入。共模电压为（VA+VB）/2。当然您的共模电压也是变化的。

  • 0 回复 jack zheng
    TI__Expert 4385 points

    您好，从您给出的第一张图来看，您图中的A,B都在变化，那么肯定这个变化是相对地的，也就是说您的电路中有地信号，A信号，B信号，而您想要A-B，那么这个肯定就是差分信号了，所谓差分就是关注相对地信号的两个信号之间的差值，而不关心其绝对值。至于共模电压不一定非要是固定值，因为无论是差分ADC还是差动放大器都有一定的共模抑制比，而且都还比较高，这时共模电压的变化会引起一定的误差，但是不会太大，需要根据实际情况分析。至于能不能直接用差分ADC采集这个取决于您的实际电路，例如共模共模电压范围，源阻抗等等。

  • 0 回复 jack zheng
    TI__Expert 4811 points

    上来声明一点,我认为是差分，始终没有变化。

    可能是语文不好，造成误解。

  • 0 回复 Jeff Wang
    Intellectual 499 points

    不好意思，是我语文不好，理解错了。。。

  • 0 回复 Sunny Qin
    Intellectual 499 points

    谢谢您的详解！

    也就是说差分信号不用像之前帖子中附图single_common中画的那样，幅度相同、相位相反才叫差分信号是吧？只要我想要的是A-B，肯定就是差分信号了！？

    我想用ADS1675采集A、B两端的电压信号，那要采用附图中差分输入的接法了，但是这个接法的共模电压Vcm=2.5V，是不是说电路的最大共模输入就定死了是Vcm=(VA+VB)/2=2.5V啊？还是说只要小于2.5V都可以啊？这个2.5V可以修改吗，比如说改成5或10V？如何修改呀？

    谢谢！

  • 0 回复 jack zheng
    TI__Expert 4385 points

    您好，您的理解是对的。同幅反相的差分信号叫对称差分信号。

    ADS1675必须使用对称差分信号驱动，而且其共模电压必须为2.5V，因此其前级使用THS4503驱动，这是固定的接法，如果您的输入信号是单端的话，那么就可以使用4503转成差分驱动ADC；如果您的信号时全差分的话，也需要使用这个驱动，以提高动态特性，但是要注意源阻抗要对称；现在您的输入信号为差分，但是不是对称的，而且源阻抗不对称，因此建议您使用差动放大器或者仪表放大器先将其转换成单端信号后，再进入4503将单端转成差分驱动ADC，并且是共模电压固定在2.5V。

  • 0 回复 Sunny Qin
    Intellectual 499 points

    谢谢Sunny的指点，这点终于明白了！

    关于前端差放或仪表放大器的选择您能推荐一下吗？

    电路中电阻大小在2K欧(及以下)，希望能够采集A、B端uV级的电压信号，甚至是0.1uV级的，对于这种微小信号，我觉得要求是电路的噪声要尽量小，选择差放或仪表放大器的时候，关键的指标是什么呢，输入噪声，偏置电流，共轭抑制比，温漂，抑或是失调电压？您能推荐一款吗？谢谢！

  • 0 回复 jack zheng
    TI__Expert 4385 points

    您好，其实最主要先要看你的频率和增益要求，因为仪表放大器的带宽一般不大，而且随着增益变大，频带变窄。在频率和增益能够满足要求的时候，您主要关心的是噪声了，然后再就是电源情况，也就是说您的电路要求单电源还是双电源。我现在不知道您信号频率，我大概推荐一下，你可以看一看INA163，其噪声很低，带宽也还可以，或者INA826.最好把您的信号频率告知一下，谢谢。

    如果您觉得回答能够解决您的问题，请您点击“是”，谢谢！

  • 0 回复 Sunny Qin
    Intellectual 499 points

    谢谢sunny的解答！

    关于带宽：

    由于我们采集的是一个方波信号（如一楼附图），其频谱是在整个频带内都有分布的sinc函数，但是随着频率的升高衰减很大，并且在高频时有用信号的频谱都淹没在噪声中了。比如脉宽为50us的方波，信噪比为0dB时，信号的频谱在150KHz时已经淹没在噪声里了。所以我觉得我们要求的带宽不高，最小带宽到120KHz就行。基于这点，有什么好推荐的吗？

    关于增益：

    我之前看过ADS1282这款产品，它里面有一个PGA，随着GAIN的增加，ADC的FSR下降，噪声RMS值也不断下降，如附图，如4KSPS时，PGA=1时的Noise_RMS=2.2uV,PGA=8时的Noise_RMS=0.17uV。这样是不是说在PGA等于8时，ADC能采集0.17uV级的信号了？1282是通过这种方式间接改变Vref，进而改变FSR的方法，达到了采集0.1uV级的信号的目的。

    ADS1675里面没有PGA，Vref不能改变，FSR是不是也就固定死了，那如何通过提高增益来达到采集极微小信号的目的呢？好像资料里也说没有CHOP功能的ADC不能改变FSR，否则要重新做calibration。。。

    如果前端采用仪表运放+THS4503结构的话，增益控制肯定是只有在仪表放大级做的吧？假如说我想采集0.1uV信号，是不是可以在仪表放大这儿放大10000倍变成1mv信号，然后ADC采集这1mv信号后，然后再在FPGA里面除以10000得到0.1uV呢？

    这种思路跟ADS1282的思路有什么区别呢？

    Sunny Qin 说：

    您好，其实最主要先要看你的频率和增益要求，因为仪表放大器的带宽一般不大，而且随着增益变大，频带变窄。在频率和增益能够满足要求的时候，您主要关心的是噪声了，然后再就是电源情况，也就是说您的电路要求单电源还是双电源。我现在不知道您信号频率，我大概推荐一下，你可以看一看INA163，其噪声很低，带宽也还可以，或者INA826.最好把您的信号频率告知一下，谢谢。

    如果您觉得回答能够解决您的问题，请您点击“是”，谢谢！

  • 0 回复 jack zheng
    TI__Expert 4385 points

    您好，您的意思是您信号的幅度只有0.1uV吗，如果是这样的话，那么您应该仔细设计您的前级放大器电路，根据您的带宽，您可以看一看INA166，这款仪表放大器的增益为2000，而且具有很低的噪声，不过您还是要根据您的带宽，仔细计算一下噪声密度。THS4503只是完成ADC的驱动，不会有太大增益的。

  • 0 回复 Sunny Qin
    Intellectual 499 points

    不是啊，要采集信号从几百mv到几uV之间吧，不是只有0.1uV这一个幅度。如果0.1uV做不到的话，uV级可以吗？

    INA166确实噪声很小，但是是固定增益的，可能不太适用。。。

    Sunny Qin 说：

    您好，您的意思是您信号的幅度只有0.1uV吗，如果是这样的话，那么您应该仔细设计您的前级放大器电路，根据您的带宽，您可以看一看INA166，这款仪表放大器的增益为2000，而且具有很低的噪声，不过您还是要根据您的带宽，仔细计算一下噪声密度。THS4503只是完成ADC的驱动，不会有太大增益的。

  • 0 回复 jack zheng
    TI__Expert 4385 points

    那你用INA163，这个是增益可变的，您选择一个合适的增益。

  • 0 回复 Sunny Qin
    Intellectual 499 points

    那我就用仪表放大+全差分运放的方案了，还有几个小问题：

    1. 以前常看到的电路是设置两级增益，并且每级放大器的增益设置都不大。运放设置两级增益和只设置首级增益的方式在性能上有什么区别吗？INA163增益最大10000，完全满足我们要求，就没必要设置THS4503的增益了吧？

    2. 比较了几款全差分运放，THS4520的输入噪声会小点儿，是不是可以用+/-2.5V供电的THS4520代替评估板中+9/-4V供电的THS4503使用呢？

    3. 我们产品的温度范围是-40到80度，但是器件的温漂好像都很大呀。。。INA163的温漂是(1+20/G)uV/C，THS4520的温漂是1uV/C，对于我们这种应用太大了吧？！！！

    谢谢！

    Sunny Qin 说：

    那你用INA163，这个是增益可变的，您选择一个合适的增益。

  • 0 回复 jack zheng
    TI__Expert 4385 points

    1,一般情况下单级放大器的增益不会设置太大，这是因为运放的闭环带宽受增益的影响，增益越大，闭环带宽越小，所以为了保证带宽一般单级增益不会设的太大；另一方面过大的增益会引入较大的失调电压，以及温漂引起的干扰，并且稳定性也会降低。INA163的增益确实能够设得很高，但是要注意一下带宽增益积的问题。THS4503主要用于驱动ADC，不必设置其增益。

    2，根据您的带宽要求，应该是可以的

    3，至于器件温漂的问题您要根据您的需求来分析是否可行。

  • 0 回复 Sunny Qin
    Intellectual 499 points

    1. 您说过大的增益会引起较大失调和温漂干扰，不过我记得以前听老师说失调误差对交流小信号的测量没有影响啊，是这样吗？ INA163的温漂是(1+20/G)uV/C，这样看的话，增益越大，温漂越小啊；稳定性降低比较好理解。我觉得不会使用INA163 10000倍的增益，最大会设成1000倍，这个放大倍数，您觉得靠谱吗？

    2. “至于器件温漂的问题您要根据您的需求来分析是否可行”，您指的是什么需求呀？我最大的需求就是希望实现uV级采样啊。。。。不知道温漂是不是可以补偿掉呢？通过sensor得到温度，然后再ADC采集后在数字部分补偿掉。

    3. 运放的偏置电流对我的应用影响大吗？INA163的输入偏置电流达到了2uA，而有些CMOS仪表运放可以到pA级别，但是这种CMOS仪表运放相应的输入噪声却很高，小的都有40nV/Hz。

    谢谢！

    Sunny Qin 说：

    1,一般情况下单级放大器的增益不会设置太大，这是因为运放的闭环带宽受增益的影响，增益越大，闭环带宽越小，所以为了保证带宽一般单级增益不会设的太大；另一方面过大的增益会引入较大的失调电压，以及温漂引起的干扰，并且稳定性也会降低。INA163的增益确实能够设得很高，但是要注意一下带宽增益积的问题。THS4503主要用于驱动ADC，不必设置其增益。

    2，根据您的带宽要求，应该是可以的

    3，至于器件温漂的问题您要根据您的需求来分析是否可行。

  • 0 回复 jack zheng
    TI__Expert 4385 points

    关于温漂的问题您还需注意的是您信号的带宽，我不知道您信号带宽多大，温漂所引起的干扰都是低频的，如果您信号的频率很高，那么就不会存在什么问题。

    增益设为1000没有问题，至于偏置电流您可以不关注，因为您信号的源电阻很小，uA的偏置电流不会造成太大的影响。

    实际电路可能有很多情况，您可以根据实际情况调整您的电路。

     

  • 0 回复 Sunny Qin
    Intellectual 499 points

    谢谢回复！

    我们需要的信号带宽在0.03Hz到120KHz之间，范围很宽，相比来说，低频信号对我们更重要，看来温漂干扰不能忽略呃。。。

    我们的源电阻在几百到2K欧，算很小的？

    谢谢！

    Sunny Qin 说：

    关于温漂的问题您还需注意的是您信号的带宽，我不知道您信号带宽多大，温漂所引起的干扰都是低频的，如果您信号的频率很高，那么就不会存在什么问题。

    增益设为1000没有问题，至于偏置电流您可以不关注，因为您信号的源电阻很小，uA的偏置电流不会造成太大的影响。

    实际电路可能有很多情况，您可以根据实际情况调整您的电路。

     

  • 0 回复 jack zheng
    Prodigy 120 points

    +9/-4V供电的THS4503会不会发烫