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[参考译文] INA149：差分至单端和偏移

admin
Guru**** 657500 points
Other Parts Discussed in Thread: AMC1350, INA149, INA146, AMC3330, TLV6001, OPA391, OPA396
请注意，本文内容源自机器翻译，可能存在语法或其它翻译错误，仅供参考。如需获取准确内容，请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1288381/ina149-differential-to-single-ended-and-offset

器件型号：INA149
主题中讨论的其他器件：AMC1350、 INA146、 AMC3330、 TLV6001、OPA391、 OPA396

尊敬的专家：

我正在使用一个模拟电路来测量交流220V 400Hz。 我正在使用 AMC1350将+/-5V 转换为+/-2V 差分电压信号。 我需要将 该差分信号转换为单端信号并添加失调电压以实现0-3V。 将0-3V 信号连接到微控制器 ADC。 我参考了 TI 的文档(链接)、其中介绍了实现上述要求的几种配置。 最初我想使用文档中显示的第一个电路。 但是、我想使用第4个电路、因为它简单并且使用最少数量的运算放大器。 现在的问题是使用了 IC、INA146是不可用的、它将停产。 因此、我要使用 INA149、它将执行一半的作业转换差分至单端输出。

您能否建议使用一个电路将差分信号转换为单端信号、同时为信号提供偏移。 如果有任何 INA149的更好选择,我看到 INA149/146可以在+/-18V 下运行。 这远高于我所需的3.3V 电压。

此致、

伯恩·拉杰什

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    TI__Guru**** 657500 points
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    尊敬的 Rajesh：

    INA146仍在运行、很快便不会停产。 我们只会停止小型管架中的可订购产品。

    请注意、大卷带包装载体仍然列为正在供货、并将继续 生产。

    正如您所指出的、INA146可以在高达+/-18V 的电压下工作、但也可以在低至+/-2.25V 的电源下工作。

    有关在 典型 +/-5V 电源上运行的信息、请参阅下面的 TINA 仿真。

    e2e.ti.com/.../INA146_5F00_4Vdiff_5F00_3Vout.TSC

    如果您有任何其他问题、敬请告知。

    此致、

    扎赫

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    我看到差分信号的负极接地。 是强制的吗？

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    尊敬的 Rajesh：

    不需要这样、只需为仿真提供共模输入电压即可。

     AMC1350的典型输出共模电压为1.44V、因此更准确地显示如下更新的电路。

    这应该更能代表 INA146的实际输入信号。

    e2e.ti.com/.../INA146_5F00_4Vdiff_5F00_3Vout_5F00_1.44Vcm.TSC

    此致、

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    尊敬的 Olson：

    感谢您快速提供解决方案。 我将考虑上面提到的电路。 但是、我想在此应用中使用 INA149、因为 INA146库存中无货。 您能建议使用一个电路来转换信号吗？ 除此之外、我还想使用单个电压、例如3.3V、如 TI 文档中的图7所示

    (链接)。 使用+/-5V 电压会使我的 PCB 设计复杂化。 请查找 TINA 文件 attached.e2e.ti.com/.../AMC3330_5F00_INA149.TSC

    此致、

    伯恩·拉杰什

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    尊敬的 Olson：

    我最近从 AMC3330页面(链接)上提供的 TI 文档中了解到了一个处理 ADC 输入(0-3V)差动信号的电路。 它使用 TLV6001电路与 ADC 连接。 我对此界面有疑问。

    由于 TLV6001是基于 CMOS 的、建议在微控制器的 ADC 引脚之前使用基于 CMOS 的 OPAMP、因此我可以在连接到微控制器之前在 TLV6001的输出端连接 RC 滤波器吗？

    其次、有比较器用于推导过压警报/跳闸。 我可以使用上述运算放大器的输出、还是您会建议将另一个运算放大器用于电压跟随器？

    请查看随附的 TINA 仿真。

    e2e.ti.com/.../diff_5F00_to_5F00_sing.TSC

    此致、

    伯恩·拉杰什

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    尊敬的 Rajesh：

    我清理了您的 AMC3330+INA149仿真、并使其收敛得更快。 TINA 非常喜欢尽可能使用"接地"元件作为接地、而不是端子。 该电路的主要问题是 INA149在单3.3V 电源下运行时没有足够的输出摆幅。 从下面的仿真中可以看到、输出被钳位在2.3和0.992V 之间。

    e2e.ti.com/.../AMC3330_5F00_INA149_5F00_Vout_5F00_Limit.TSC

    由于输出摆幅限制、宜使用轨到轨输出放大器、例如 TLV6001。 但是、您必须考虑、即使是轨到轨放大器也有输出限制。 我们之所以称为"轨到轨"、是因为它们可以摆动到非常靠近轨的位置(通常为数百 mV)、但在单个电源下、您永远无法摆动到接地端。

    请注意、在文章中、您提到作者未将 TLV6001输出一直驱动到接地、而是允许500mV 的余量到任一电源轨。

    使用 TLV6001再次对您的电路进行仿真表明、输出被钳位在36mV。  输出过载到负电源轨是不可取的、因为这会使输出信号失真并降低信号完整性。

    TLV6001数据表显示、最大输出摆幅限制可达距离电源轨100mV。 但是、这里描述的是输出完全崩溃到电源轨并且性能下降的电压。 为获得最佳线性度、我们必须考虑开环增益(AOL)规格。 AOL 规格告诉我们、 为了实现最佳性能、我们应该允许300mV 的余量到任一电源轨。

    在下面、我再次修改了电路、以在 TLV 输出端留出适当的余量、从而向 ADC 提供线性输出。

    e2e.ti.com/.../AMC3330_5F00_TLV6001.TSC

    在连接到微控制器之前、能否在 TLV6001的输出端连接 RC 滤波器？

    是的、您可以在输出端连接正确的抗混叠 RC 滤波器。 确切的 RC 值 取决于 所使用的 ADC 和采样率。 您可能还需要将一些反馈电容器与2.71kΩ 电阻器并联、以限制带宽并确保放大器稳定。

    有比较器用于产生过压报警/跳闸。 我可以使用上述运算放大器的输出吗、或者您是否建议将另一个运算放大器用于电压跟随器？

    这实际上取决于所驱动的电路。 如果比较器输入已经是高阻抗、我认为您不需要额外的缓冲级。  

    此致、

    扎赫

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    尊敬的 Zach：

    您会推荐优于 TLV6001的 IC 吗？

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    尊敬的 Rajesh：

    我当然可以推荐其他运算放大器来替代电路中的 TLV6001。 您能否确认您希望提升的指标？ 例如：失调电压、带宽、功率等？

    所驱动的 ADC 的分辨率是多少？ 采样率是多少？

    此致、

    扎赫

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    ADC 为12位、其范围是0至3V。 采样率为15KHz。 信号的纹波频率为5kHz。 我希望使用尽可能接近的范围。 假设允许一个300mv 的房间。 那么我必须在0.3和2.7之间运行。 您可以在任何其他方面推荐  

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    尊敬的 Rajesh：

    您可以使用 OPA391或降低成本的选项 OPA396。 对于轻负载、AOL 的额定输出摆幅为距离任一电源轨100mV。

    在本例中、您可以为 ADC 输入电压从0.1V 摆动到3V。

    请参阅下面的更新电路。

    此致、

    扎赫

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    尊敬的 Rajesh：

    请参阅随附的 TINA 仿真文件以供参考。

    e2e.ti.com/.../AMC3330_5F00_OPA391.TSC

    此致、

    扎赫