差分输入中频采样ADC的单端输入驱动电路
差分输入中频采样ADC的单端输入驱动电路
电路功能与优势图1所示电路采用ADL5535/ ADL5536 单端中频(IF)低噪声50 Ω增益模块驱动16位差分输入模数转换器(ADC) AD9268 。该电路包括一个级间带通滤波器，用于降低噪声和抗混叠。单端IF增益级后接一个变压器，用于执行单端至差分转换。对于要求低噪声和低失真的应用，这是最优解决方案。ADL5535/ADL5536是高线性度（190 MHz时，三阶输出截取点OIP3 = +45 dBm）、单端、固定增益放大器，可以用作高性能IF采样ADC的驱动器。ADL5535提供16 dB的增益，能够轻松地将信号从约400 mV p-p提升到ADC所需的2 V p-p满量程电平。ADL5535的低噪声系数（190 MHz时为3.2 dB）和低失真特性确保ADC性能不受影响。当需要20 dB的增益时，可以使用ADL5536。图1. ADL5535驱动16位ADC AD9268（原理示意图，未显示去耦和所有连接）电路描述图1给出了ADL5535/ADL5536驱动16位ADC AD9268的示意图，其采样速率为122.88 MSPS。ADL5535具有50 Ω的单端输入和输出阻抗。一个1:1阻抗变换器（M/A-COM BA-007159-000000，4.5 MHz至3000 MHz）与端接电阻、串联磁珠一起使用，以向抗混叠滤波器接口提供50 Ω负载。ADL5535与AD9268之间的滤波器接口是一个利用标准滤波器程序设计的六阶巴特沃兹低通滤波器。它提供以175 MHz为中心频率的50 MHz 、1 dB带宽。六阶滤波器后接一个分流LC（72 nH、8.2 pF）振
荡电路，用以进一步降低滤波器的低频响应，使滤波器具有更多的带通响应。归一化宽带响应。图2. 图1所示ADC接口的归一化频率响应对于170 MHz的输入频率和122.88 MSPS的采样速率，单音性能，双音性能。图3. 图1所示电路在170 MHz输入频率和122.88 MSPS 采样速率下测得的单音性能图4. 图1所示电路在以170 MHz为中心频率的输入音和122.88 MSPS采样速率下测得的双音性能常见变化本文所述的应用电路可以针对ADL5535/ADL5536和AD9268工作范围内的任何中频频率进行修改。AD9640, the AD6657或AD9*可以替代本应用中的ADC AD9268。
华中科技大学电子线路设计实验报告 专业自动化班级 日期2010.4.30 成绩 实验组别19 第次实验 学生姓名（签名）指导教师（签名）设计课题：具有恒流源的单端输入——单端输出差分放大器设计 一、已知条件 1.+V CC=+12V 2.R L=2kΩ 3.V i=10mV(有效值) 4.R s=50Ω 二、性能指标要求 A V＞30 Ri＞2kΩ Ro＜3kΩ fL＜30Hz fH＞500kHz 电路稳定性好。
三、电路工作原理 电路图： 电路工作原理描述 采用分压式电流负反馈偏置电路，以稳定电路的Q点，原理：利用电阻RB1,RB2的分压固定基极电位VBQ，当满足条件I1>>IBQ时，如果环境温度升高，ICQ↑→VEQ↑→VBE↓→VBQ↓→ICQ↓，结果抑制ICQ变化。
电路设计过程： 选定VBQ ，VBQ=3~5V,或(1/3~1/5)VCC ； 选定ICQ ，并确定RE ； ICQ=0.5~2mA,RE=VEQ/ICQ; 选定I1, I1=（5~10） IBQ ，根据I1和VBQ 计算RB1，RB2； 计算RC ； RC 受到A V 与RO 的限制； 检查，修正参数； 根据对FL ，FH 的要求，选择电容CB 、CC 和CE 测得β=225； 由A V > 30, Ri > 2 k Ω, Ro < 3 k Ω, fL < 30 Hz 由1660 26) 1(200=++≈E be I mV r β,得 IE =3mA 取V EQ =2.4V; R E =V EQ /I CQ 取1.2K Ω; R B2=V BQ /I 1 取37K Ω; R B1=(Vcc-V BQ )/I 1 取30K Ω; ) (21 ) 10~3(be s L B r R f C +>π 取 CB = 22 uF
差分输入中频采样ADC的单端输入驱动电路 电路功能与优势 图1 所示电路采用ADL5535/ ADL5536 单端中频(IF)低噪声50 Ω增益 模块驱动16 位差分输入模数转换器(ADC) AD9268 。该电路包括一个级间带 通滤波器，用于降低噪声和抗混叠。单端IF 增益级后接一个变压器，用于执行 单端至差分转换。对于要求低噪声和低失真的应用，这是最优解决方案。 ADL5535/ADL5536 是高线性度（190 MHz 时，三阶输出截取点OIP3 = +45 dBm）、单端、固定增益放大器，可以用作高性能IF 采样ADC 的驱动器。ADL5535 提供16 dB 的增益，能够轻松地将信号从约400 mV p-p 提升到ADC 所需的2 V p-p 满量程电平。ADL5535 的低噪声系数（190 MHz 时为3.2 dB） 和低失真特性确保ADC 性能不受影响。当需要20 dB 的增益时，可以使用ADL5536。 图1. ADL5535 驱动16 位ADC AD9268（原理示意图，未显示去耦和所有连接） 电路描述 图1 给出了ADL5535/ADL5536 驱动16 位ADC AD9268 的示意图，其 采样速率为122.88 MSPS。ADL5535 具有50 Ω的单端输入和输出阻抗。一个1:1 阻抗变换器（M/A-COM BA-007159-000000，4.5 MHz 至3000 MHz）与端接电阻、串联磁珠一起使用，以向抗混叠滤波器接口提供50 Ω负载。ADL5535 与 AD9268 之间的滤波器接口是一个利用标准滤波器程序设计的六阶巴特沃兹低 通滤波器。它提供以175 MHz 为中心频率的50 MHz 、1 dB 带宽。六阶滤波 器后接一个分流LC（72 nH、8.2 pF）振荡电路，用以进一步降低滤波器的低
Application Note:
HFAN-2.5.0
Rev 0; 05/04
Single-Ended vs. Differential Methods of Driving a Laser Diode
MAXIM High-Frequency/Fiber Communications Group
Maxim Integrated Products
3hfan250.doc 05/25/2004
Single-Ended vs. Differential Methods of Driving a Laser Diode
1 Introduction
A proper interface circuit to connect a driver to a laser diode is essential for an optimized optical transmitter design. In general, the single-ended drive of laser diodes provides a straight forward solution that requires less components and board space. Drawbacks include a comparatively slow output edge-speed and noise added to the transceiver power supply, which will eventually affect the receiver sensitivity. Recent industrial practice has shown that optical transmitters based on differential drives are able to overcome the disadvantages associated with a single-ended drive. The purpose of this application note is to reveal how a differential drive provides a faster edge-speed than a single-ended drive.
Laser Driver CP2
OUTCP1 OUT+ RD VCC
BIAS RF CF
Figure 1. Single-ended Method of Driving a Laser Diode
VCC
2 Circuit Configuration for Single-Ended Drive and Differential Drive
For a single-ended drive, the laser modulation current is applied either to the laser anode (commoncathode laser) or to the laser cathode (commonanode laser). Figure 1 is a simplified schematic for driving a common-anode laser. The modulation current is delivered to the laser cathode through a damping resistor (RD). The laser anode is directly connected to the power supply, and the laser bias is provided from a driver bias output isolated by a ferrite bead. For a balanced DC and AC loading, the driver complementary output is pulled up to Vcc by a parallel network consisting of a ferrite bead and a resistor that matches the equivalence of the laser load and the damping resistor. The RC shunt network (RF and CF) provides high-frequency damping. Capacitance CP (CP1 and CP2) at the driver outputs represents a combination of output transistor equivalent capacitance, packaging and board layout parasitic capacitances.
Laser Driver CP2
OUTCP1 OUT+ RD
BIAS
Figure 2. Differential Method of Driving a Laser Diode Figure 2 shows one example of a differential drive. The laser cathode is AC-coupled to the driver output via a damping resistor (RD). The driver output is pulled up to Vcc through a ferrite bead to provide a DC bias to the output transistor. The shared node of the driver complementary output and the laser diode anode is connected to Vcc through a ferrite bead which provides high-frequency isolation from Vcc. The laser bias is provided in a similar way as in a single-ended drive configuration. Using the same laser diode and driver, a 2.5Gbps optical transmitter based on differential drive shows more than 20ps improvement in edge-speed than a single-ended drive [1].
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Application Note HFAN-02.5.0 (Rev. 0, 05/04)
1.双端输入单端输出电路 电路如右图所示，为双端输入、单端输出差分放大电路。由于电路参数不对称，影响了静态工作点和动态参数。 直流分析： 画出其直流通路如右下图所示，图中和是利用戴维宁定理进行变换得出的等效电源和电阻，其表达式分别为：
交流分析：
在差模信号作用时，负载电阻仅取得T1管集电极电位的变化量，所以与双端输出电路相比，其差模放大倍数的数值减小。 如右下图所示为差模信号的等效电路。在差模信号作用时，由于T1管与T2管中电流大小相等方向相反，所以发射极相当于接地。 输出电压 一半。如果输入差模信号极性不变，而输出信号取自T2管的集电极，则输出与输入同相。当输入共模信号时，由于两边电路的输入信号大小相等极性相同。与输出电压相关的T1管一边电路对共模信号的等效电路如下
可见，单端输入电路与双端输入电路的区别在于：差模信号输入的同时，伴随着共模信号输入。 输出电压 静态工作点以及动态参数的分析完全与双端输入、双端输出相同。 3.单端输入、单端输出电路 如右图所示为单端输入、单端输出电路，该电路对静态工作点、差模增益、共模增益、输入
与输出电阻的分析与单端输出电路相同。对输入信号的作用分析与单端输入电路相同。 改进型差分放大电路 在差分放大电路中，增大发射极电阻Re的阻值，可提高共模抑制比。但集成电路中不易制作大阻值电阻；采用大电阻Re要采用高的稳压电源，不合适。如设晶体管发射极静态电流为0.5mA，则Re中电流为1mA。当Re为10kΩ时，电源VEE的值为10.7V。在同样的静态工作电流下，若Re＝100kΩ，VEE的值约为100V。 为了既能采用较低的电源电压，又能采用很大的等效电阻Re，可采用恒流源电路来取代Re。晶体管工作在放大区时，其集电极电流几乎仅决定于基极电流而与管压降无关，当基极电流
【电路精选】单端至差分驱动器电路分析 模数转换器即A/D 转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号 转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为 一个输出的数字信号。本文主要给大家介绍单端至差分驱动器电路分析。 由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一 个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为 最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。 LTC2387-18 转换器电路LTC2387-18 是一款具有差分输入的15Msps、高度线性、低噪声SAR 转换器。该ADC 兼具卓越的线性和宽动态范围，因而成为了高速成像和仪表应用的理想选择。无延迟操作提供了一种面向高速控 制环路应用的独特解决方案。高输入频率下的非常低失真可实现需要宽动态范 围和大信号带宽的通信应用。 在大多数场合中，通过采用一个差分输入、差分输出放大器驱动ADC 输入来优化性能。在仅可提供一个单端信号的场合中，需要采用高性能运放以 把一个单端信号转换为一个适用于LTC2387-18 的差分信号。 在上面的电路中，使用了两个运放，一个用于同相通路，另一个用于反 相通路。同相运放是一个电压跟随器，它的前面是一个RC 低通滤波器。该滤波器可阻止非常高频率信号到达LT6201，它能够在几十MHz 的频率下运作。反相运放由一个相同的网络驱动。为了使信号反相，R5 和R7 设定为590Ω。这些电阻值反映了运放输出电流、输入失调电流和噪声产生量 之间的折衷。选定的电阻值加上4V 峰至峰输出电压摆幅导致从运放输出吸收
差分信号与单端信号概述 差分信号和普通的单端信号走线相比，最明显的优势体现在以下三个方面： a.抗干扰能力强，因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。 b.能有效抑制EMI(电磁干扰)，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。 c. 时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。目前流行的LVDS（low voltage differential signaling）就是指这种小振幅差分信号技术。 1、共模电压和差模电压 我们需要的是整个有意义的“输入信号”，要把两个输入端看作“整体”。就像初中时平面坐标需要用 x,y 两个数表示，而到了高中或大学就只要用一个“数”v，但这个 v 是由 x,y 两个数构成的“向量”…… 而共模、差模正是“输入信号”整体的属性，差分输入可以表示为 vi = (vi+, vi-)也可以表示为vi = (vic, vid)。c 表示共模，d 表示差模。两种描述是完全等价的。只不过换了一个认识角度，就像几何学里的坐标变换，同一个点在不同坐标系中的坐标值不同，但始终是同一个点。 运放的共模输入范围：器件（运放、仪放……）保持正常放大功能（保持一定共模抑制比 CMRR）条件下允许的共模信号的范围。 显然，不存在“某一端”上的共模电压的问题。但“某一端”也一样存在输入电压范围问题。而且这个范围等于共模输入电压范围。 道理很简单：运放正常工作时两输入端是虚短的，单端输入电压范围与共模输入电压范围几乎是一回事。对其它放大器，共模输入电压跟单端输入电压范围就有区别了。例如对于仪放，差分输入不是 0，实际工作时的共模输入电压范围就要小于单端输入电压范围了。 可以通俗的理解为： 两只船静止在水面上，分别站着两个人，A和B。 A和B相互拉着手。当船上下波动时，A才能感觉到B变化的拉力。这两个船之间的高度差就是差模信号。当水位上升或者下降时，A并不能感觉到这个拉力。这两个船离水底的绝对高度就是共模信号。 于是，我们说A和B只对差模信号响应，而对共模信号不响应。当然，也有一定的共模范围了，太低会沉到水底，这样船都无法再波动了。太高，会使会水溢出而形成水流导致船没法在水面上停留。理论上，A 和B应该只是对差模有响应。 但实际上，由于船上下颠簸，A和B都晕了，明明只有共模，却产生了幻觉：似乎对方相对自己在动。这就说明，A和B内力较弱，共模抑制比不行啊。说笑了啊，不过大致也就是这个意思。 当然,差模电压也不可以太大，否则会导致把A和B拉开。
一种典型的差分放大电路设计与测试 2011-01-12 10:12:26 来源：21ic 关键字：放大电路共模运放差分放大器低通滤波器保护器件失调电压输入偏置电流温度漂移寄生电感 摘要：简述一种典型的差分输入差分输出放大电路的设计、仿真和测试方法，讨论其设计原理及需要解决的问题。重点讲述差分滤波器的设计和计算，指出与单端放大电路在设计和测试中的不同之处，并结合实际工作中的经验，就直流信号和交流信号的测试分别给出了一种简易案例。 与普通单端放大器相比，差分放大器可以有效抑制输入信号中的共模噪声和地线电平电压浮动对电路的影响，因此，在工业应用中广受青睐。差分放大器中以仪表放大器应用最为广泛。随着技术的发展，支持差分输入的ADC、MCU 越来越多，由于差分传输能更好地抑制共模干扰，信号传输距离更远，越来越多的场合将使用差分传输。但是，一般的仪表放大器仅支持单端输出。 因此，采用双运放搭建了一种差分输入差分输出放大电路。与普通的单端放大电路相比，差分放大电路在设计、分析、仿真和测试中有许多不同之处，而这些知识在一般的模拟电路教材中很少介绍。 1 差分放大电路设计 根据被放大信号的不同, 可以将差分放大电路分成两种。一种是直流耦合差分放大电路，其输入端没有隔直电容，可以同时放大直流和交流信号，如图1 所示。另一种是交流耦合差分放大电路，其输入端有隔直电容，用来隔离直流分量，放大信号中的交流成分，如图2 所示。
直流耦合差分放大电路 交流耦合差分放大电路 1.1 直流耦合差分放大电路 直流耦合差分放大电路由差分比例放大电路、差分滤波器、保护器件和补偿电阻四部分组成。其输入-输出关系为：
MT-076TUTORIAL Differential Driver Analysis Differential drivers can be driven by either single-ended or differential signals. This tutorial analyzes both conditions using either an unterminated or a terminated source. CASE 1: DIFFERENTIAL INPUT, UNTERMINATED SOURCE Figure 1 shows a differential driver driven from a balanced unterminated source. This would typically be the condition for a low impedance source where the connection distance between the source and the driver is minimal. R OUT R G1= R G2R F1= R F2V OUT+ V OUT–2/R R R V V V V V G S 1G 1F SIG OUT OUT IN OUT += ?==?+ Figure 1: Differential Input, Unterminated Source The design inputs are the source impedance R S , the gain setting resistor R G1, and the desired gain G. Note that the gain is measured with respect to the signal voltage source, V SIG . The total value of the gain setting resistor with respect to the signal source, V SIG , is R G1 + R S /2. Also, R G2 = R G1. The required value of the feedback resistors, R F1 = R F2, is then calculated using: ?? ???? +==2R R G R R S 1G 2F 1F Eq. 1
采用差分PulSAR ADC AD7982转换单端信号 关键字：差分PulSAR ADC AD7982 单端信号 电路功能与优势 许多应用都要求通过高分辨率、差分输入ADC来转换单端模拟信号，无论是双极性还是单极性信号。本直流耦合电路可将单端输入信号转换为差分信号，适合驱动PulSAR系列ADC中的18位、1 MSPS器件AD7982。该电路采用单端转差分驱动器ADA4941-1 和超低噪声5.0 V基准电压源ADR435 ，可以接受许多类型的单端输入信号，包括高压至低压范围内的双极性或单极性信号。整个电路均保持直接耦合。如果需要重点考虑电路板空间，可以采用小封装产品，图1所示的所有IC均可提供3 mm × 3 mm LFCSP或3 mm × 5 mm MSOP小型封装。 图1：单端转差分直流耦合驱动器电路（原理示意图） 电路描述 AD7982的差分输入电压范围由REF引脚上的电压设置。当VREF = 5 V时，差分输入电压范围为±VREF = ±5 V。从单端源VIN到ADA4941-1的OUTP的电压增益（或衰减）由R2与R1之比设置。R2与R1之比应等于VREF 与输入电压峰峰值VIN之比。当单端输入电压峰峰值为10 V且VREF = 5 V时，R2与R1之比应为0.5。OUTN上的信号为OUTP 信号的反相。R1的绝对值决定电路的输入阻抗。反馈电容CF根据所需的信号带宽选择，后者约为1/(2πR2CF)。20 Ω电阻与2.7 nF电容构成3 MHz单极点低通噪声滤波器。电阻R3和R4设置AD7982的IN?输入端的共模电压。 此共模电压值等于VOFFSET2 × (1 + R2/R1)，其中VOFFSET2 = VREF × R3/(R3 + R4)。电阻R5和R6设置ADC的IN+输入端的共模电压。此电压等于VOFFSET1 = VREF × R5/(R5
伪差分： 伪差分信号连接方式减小了噪声，并允许在仪器放大器的共模电压范围内与浮动信号连接.在伪差分模式下，信号与输入的正端连接，信号的参考地与输入的负端连接。伪差分输入减小了信号源与设备的参考地电位(地环流)不同所造成的影响，这提高了测量的精度。伪差分输入与差分输入在减小地环流和噪声方面是非常相似的，不同的方面在于，差分输入模式下，负端输入是随时间变化的，而在伪差分模式下，负端输入一定仅仅是一个参考。描述伪差分的另外一种方式就是，输入仅仅在打破地的环流这个意义上是差分的，而参考信号(负端输入)不是作为传递信号的，而仅仅是为信号(正端输入)提供一个直流参考点。 全差分与单端输入： 在单端方式工作时；ADC转换的是单输入引脚对地的电压值；在增益为1时，测量的值就是输入的电压值；范围是0V到VREF；当增益增加时，输入的范围要相应的减小； 在差分方式工作时；ADC转换的是AIN+与AIN-两个引脚的差值；在增益为1时，测量的值等于(AIN+)-(AIN-)，范围是-VREF到+VREF；当增益增加时，输入的范围要相应的减小。 注意：在差分方式时所提的负压是指AIN-引脚的电压大于AIN+引脚的电压，实际输入到两个引脚的电压对地都必需是正的；例如:如果AIN+引脚输入的电压为0V，AIN-引脚的输入电压为1/2VREF时，差分的输入电压为(0V-1/2VREF) = -1/2VREF。 ADI公司目前针对10KHz左右采样速率的24位ADC推荐AD719X系列的产品。AD779X属于老产品，老产品噪声较大。 对于单端输入，能测量双极性信号的ADC，内部原理为基准源分压方式，对于TI的MSP430F1161，基准源可提供正负方式。 对于ADuC845的AD输入配置，可以配置为4个全差分输入，或者8个伪差分输入，对于伪差分输入，AINCOM端为参考端。GAIN越大，ADC的有效分辨率越小，采样速率越高，有效分辨率也越小。 上图参数可得出，全差分的每个输入端口电压不能低于0V，也不能高于规定的电压值。 ADI 的工程师说对于单端输入的单电源供电的AD转换器，能采集双极性信号的是，ADC内部原理是通过分压方式，可以参考MAX197的数据手册。
《IC课程设计》报告 电流镜负载的差分放大器设计 摘要 在对单极放大器与差动放大器的电路中，电流源起一个大电阻的作用，但不消耗过多的电压余度。而且，工作在包河区的MOS器件可以当作一个电流源。 在模拟电路中，电流源的设计是基于对基准电流的“复制”，前提是已经存在一个精确的电流源可以利用。但是，这一方法可能引起一个无休止的循环。一个相对比较复杂的电路被用来产生一个稳定的基准电流，这个基准电流再被复制，从而得到系统中很多电流源。而电流镜的作用就是精确地复制电流而不收工艺和温度的影响。在典型的电流镜中差动对的尾电流源通过一个NMOS镜像来偏置，负载电流源通过一个PMOS镜像来偏置。电流镜中的所有晶体管通常都采用相同的栅长，以减小由于边缘扩散所产生的误差。而且，短沟器件的阈值电压对沟道长度有一定的依赖性。因此，电流值之比只能通过调节晶体管的宽度来实现。而本题就是利用这一原理来实现的。 目录 1设计目标 (1) 2相关背景知识 (2) 3设计过程 (6) 3.1 电路结构设计 (6) 3.2 主要电路参数的手工推导 (6) 3.3 参数验证（手工推导） (7) 4 电路仿真 (9) 4.1 用于仿真的电路图 (9) NMOS： (9) PMOS (9) 整体电路图 (10) 4.2 仿真网表（注意加上注释） (10) 4.3 仿真波形 (13) 5 讨论 (17) 6 收获和建议 (17) 参考文献 (19)
1设计目标 设计一个电流镜负载的差分放大器，参考电路图如下：
2相关背景知识 据题目所述，电流镜负载的差分放大器的制作为0.35um CMOS 工艺，要求在5v 的电源电压下，负载电容为2pF 时，增益带宽积大于25MHz ，低频开环增益大于100，同时功耗和面积越小表示性能越优。 我们首先根据0.35um CMOS 工艺大致确定单个CMOS 的性能，即在一定值的W/L 下确定MOS 管在小信号模型中的等效输出电阻和栅跨导，然后记下得到的参数并将其带入到整体电路中计算，推导电流镜负载的差分放大器电路中的器件参数，例如，小信号模型的增益、带宽、功耗等，再分析是否满足题目中的各项指标的要求。若不满足，则依据摘要理所说的，调节晶体管的宽度，然后用调整后的参数进行仿真、验证，直到符合要求为止。 相关背景知识： 1. 差分式放大器 差分式放大器是由两个各项参数都相同的三端器件（包括BJT 、FET ）所组成的差分式放大电路，并在两器件下端公共接点处连接一电流源。差分式又分为差模和共模信号：输入电压Vid 为Vi1和Vi2的差成为共模电压；另外，若输入电压Vic 为VI1和Vi2的算术平方根，则称为共模电压。当输入电压是共模形式时，，即在两个输入端各加入相同的信号电压，在差分放大电路中，无论是温度变化，还是电源波动引起的变化，其效果相当于在两个输入端加入了共模信号，两输出端输出的共模电压相同，故双端输出时输出电压为零；当输入电压是差模形式时，即在电路的两个输入端各加一个大小相等、极性相反的信号电压，一管电流将增加，另一管电流则减小，所以在两输出端间有信号电压输出。而差分放大器正是利用共模输入的特点来克服噪声信号和零点漂移的。此题要求用双端差模信号输入，单端输出，相应的计算公式如下： 1. 差模输入电压：12 id i i v v v =- 2. 共模输入电压：() 122 i i ic v v v += 3. 差模输出电压：12 od o o v v v =- 4. 共模输出电压：12 2 o o oc v v v += 5. 双端输入——单端输出的差模电压增益： 2(2|| v d m d s d s A g r r = 6. 双端输入——单端输出的等效栅跨导：
单端输入,输入信号均以共同的地线为基准.这种输入方法主要应用于输入信号电压较高(高于1 V),信号源到模拟输入硬件的导线较短(低于15 ft),且所有的输入信号共用一个基准地线.如果信号达不到这些标准,此时应该用差分输入.对于差分输入,每一个输入信号都有自有的基准地线;由于共模噪声可以被导线所消除,从而减小了噪声误差. 单端输入时, 是判断信号与GND 的电压差. 差分输入时, 是判断两个信号线的电压差. 信号受干扰时, 差分的*同时受影响, 但电压差变化不大. (抗干扰性较佳) 而单端输入的一线变化时, GND 不变, 所以电压差变化较大. (抗干扰性较差) 差分信号和普通的单端信号走线相比，最明显的优势体现在以下三个方面： a.抗干扰能力强，因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。 b.能有效抑制EMI，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。 c.时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。目前流行的LVDS（low voltage differential signaling）就是指这种小振幅差分信号技术。 步进电机驱动卡与雷塞运动控制器连接方法和案例解析 来源：本站原创作者：佚名日期：2012年12月03日【字体：大中小】 为了帮助使用者更好地了解雷赛公司运动控制卡、步进电机驱动器的特点，掌握运动控制卡与步进驱动器的连接方法，本文主要概述了脉冲输出模式、脉冲输出驱动方式的概念，讲述了运动控制卡与步进驱动器的连接方法，并对几个典型的故障案例进行了分析，指导使用者自行排查间题，完成自动控制系统构建. 为了帮助使用者更好地了解雷赛公司运动控制卡、步进电机驱动器的特点，掌握运动控制卡与步进驱动器的连接方法，本文主要概述了脉冲输出模式、脉冲输出驱动方式的概念，讲述了运动控制卡与步进驱动器的连接方法，并对几个典型的故障案例进行了分析，指导使用者自行排查间题，完成自动控制系统构建. 一、脉冲输出模式与脉冲输出驱动方式 1、脉冲输出模式 雷赛运动控制卡支持两种脉冲输出模式:一是单脉冲(脉冲十方向)，一种是双脉冲《CW+CCW)，可以通过调用运动控制卡的底层函数进行设定.
实验三差分放大电路 一、实验目的 1、加深对差动放大器性能及特点的理解 2、学习差动放大器主要性能指标的测试方法 二、实验原理 图3－1是差动放大器的基本结构。它由两个元件参数相同的基本共射放 大电路组成。当开关K拨向左边时，构成典型的差动放大器。调零电位器R P 用来调节T 1、T 2 管的静态工作点，使得输入信号U i ＝0时，双端输出电压U O ＝0。 R E 为两管共用的发射极电阻，它对差模信号无负反馈作用，因而不影响差模电压放大倍数，但对共模信号有较强的负反馈作用，故可以有效地抑制零漂，稳定静态工作点。 图3－1 差动放大器实验电路
当开关K 拨向右边时，构成具有恒流源的差动放大器。 它用晶体管恒流源代替发射极电阻R E ，可以进一步提高差动放大器抑制共模信号的能力。 1、静态工作点的估算 典型电路 E BE EE E R U U I -≈ （认为U B1＝U B2≈0） E C2C1I 2 1 I I == 恒流源电路 E3 BE EE CC 2 1 2 E3C3R U )U (U R R R I I -++≈≈ C3C1C1I 2 1 I I == 2、差模电压放大倍数和共模电压放大倍数 当差动放大器的射极电阻R E 足够大，或采用恒流源电路时，差模电压放大倍数A d 由输出端方式决定，而与输入方式无关。 双端输出: R E ＝∞，R P 在中心位置时， P be B C i O d β)R (12 r R βR △U △U A +++- == 单端输出 d i C1d1A 21 △U △U A == d i C2d2A 2 1 △U △U A -==
A/D差分输入信号 在上一节已经提到过，控制字的第4位和第5位是用于控制PCF8591的模拟输入引脚是单端输入还是差分输入。差分输入是模拟电路常用的一个技巧，这里我们把相关知识做一些简单介绍。 从严格意义上来讲，其实所有的信号都是差分信号，因为所有的电压只能是相对于另外一个电压而言。但是大多数系统，我们都是把系统的GND作为基准点。而对于A/D来说的差分输入，通常情况下是除了GND以外，另外两路幅度相同，极性相反的输入信号，其实理解起来很简单，就如同跷跷板一样。如图17-8所示。 图17-8差分输入原理 差分输入的话，就不是单个输入，而是由2个输入端构成的一组输入。PCF8591一共是4个模拟输入端，可以配置成4种模式，最典型的是4个输入端构造成的两路差分模式，如图17-9所示。 图17-9PCF8591差分输入模式
当控制字的第4位和第5位都是1的时候，那么4路模拟被配置成2路差分模式输入channel0和channel1。我们以channel0为例，其中AIN0是正向输入端，AIN1是反向输入端，它们之间的信号输入是幅度相同，极性相反的信号，通过减法器后，得到的是两个输入通道的差值，如图17-10所示。 图17-10差分输入信号 通常情况下，差分输入的中线是基准电压的一半，我们的基准电压是 2.5V，假如 1.25V作为中线，V+是AIN0的输入波形，V-是AIN1的输入波形，Signal Value就是经过减法器后的波形。很多A/D都采用差分的方式输入，因为差分输入方式比单端输入来说，有更强的抗干扰能力。 单端输入信号时，如果一线上发生干扰变化，比如幅度增大5mv，GND不变，测到的数据会有偏差； 而差分信号输入时，当外界存在干扰信号时，只要布线合理，大都同时被耦合到两条线上，幅度增大5mv会同时增大5mv，而接收端关心的只是两个信号的差值，所以外界的这种共模噪声可以被完全抵消掉。由于两根信号的极性相反，它们对外辐射的电磁场可以相互抵消，有效的抑制释放到外界的电磁能量。 在我们的KST-51开发板上，我们没有做差分信号输入的实验环境，由于这个内容在A/D部分比较重要，所以还是介绍给大家，以供参考。
步进电机驱动器的工作原理 步进电机在控制系统中具有广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。 有时从一些旧设备上拆下的步进电机(这种电机一般没有损坏)要改作它用，一般需自己设计驱动器。本文介绍的就是为从一日本产旧式打印机上拆下的步进电机而设计的驱动器。本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。 1. 步进电机的工作原理 该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。 图1 四相步进电机步进示意图
开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产 生错齿。 当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极 产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向 转动。 四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。 单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示： 图2.步进电机工作时序波形图 2.基于AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理 图3 步进电机驱动器系统电路原理图
差模信号、共模信号、共模抑制比、差分阻抗、共模阻抗、单端阻抗 差模又称串模，指的是两根线之间的信号差值；共模噪声又称对地噪声，指的是两根线分别对地的噪声。对于一对信号线A、B，差模干扰相当于在A与B之间加上一个干扰电压，共模干扰相当于分别在A与地、B与地之间加上一个干扰电压。平常用双绞线传输差分信号就是为了消除共模噪声，原理很简单，两线拧在一起，受到的共模干扰电压很接近， Ua - Ub 没什么变化，当然这是理想情况。RS422/485总线就是利用差分传输信号的一种具体应用。实际应用中，温度的变化、各种环境噪声的影响都可以视作为共模噪声信号，但如果在传输过程中两根线的对地的噪声衰减不一样大，使得两根线之间存在了电压差，这时共模噪声就转变成了差模噪声。差分信号不是一定要相对地来说的，如果一根线是接地的，那他们的差值就是相对地的值了，这就是模拟电路中的差分电路单端输入情况。 差模是相对共模来说的，差分是一种方式。假如一个ADC有两个模拟输入端，并且AD 转换结果取决于这两个输入端电压之差，我们说这个ADC是差分输入的，并把这两个模拟输入端合在一起叫做差分输入端。但是加在差分输入端上的电压并不一定总是大小相等方向相反，甚至很多情况下是同符号的(即不一定是一正一负)，我们把它们的差叫做差模输入，而把它们共有的量（即平均值）叫做共模输入。 差分是一种电路形式的叫法，差模是对信号的定义(相对共模)。差模信号：大小相等，方向相反的信号；共模信号：大小相等，方向相同的信号。在差分放大电路中，经常提到共模信号和差模信号，在差分放大电路中共模信号是不会被放大的，可以理解为三极管的温漂引起的电流信号，为了形象化温漂而提出了共模信号，差模信号为输入信号，Ui就是放大的对象。在差动放大电路中，有两个输入端，当在这两个端子上分别输入大小相等、相位相反的信号（这是有用的信号），放大器能产生很大的放大倍数，这种信号叫做差模信号，这时的放大倍数叫做差模放大倍数。如果在两个输入端分别输入大小相等，相位相同的信号（实际是由于上一级温度变化而产生的信号，是一种有害的信号），这种信号叫做共模信号，这时的放大倍数叫做共模放大倍数。由于差动放大电路的构成特点，电路对共模信号有很强的负反馈，所以共模放大倍数很小（一般都小于1），计算公式又分为单端输出和双端输出，所以有时候共模信号和差模信号是指差动放大器双端输入时的输入信号。 共模信号：双端输入时，两个信号相同。 差模信号：双端输入时，两个信号的相位相差180度。
典型差分放大电路 1、典型差分放大电路的静态分析 （1）电路组成 （2）静态工作点的计算 静态时：v s1=v s2=0， 电路完全对称，所以有 I B Rs1+U BE +2I E Re=V EE 又∵ I E =（1+β）I B ∴ I B1=I B2=I B = 通常Rs<<(1+β)Re ，U BE =0.7V （硅管）: I B1=I B2=I B = 因： I C1=I C2=I C =βI B 故： U CE1=U CE2=V CC －I C Rc 静态工作电流取决于V EE 和Re 。同时，在输入信号为零时，输出信号电压也为零（u o= Vc1－VC2=0），即该差放电路有零输入——零输出。 2、差分放大电路的动态分析 （1）差模信号输入时的动态分析 ()e s BE EE R 12R U V β++-
如果两个输入端的信号大小相等、极性相反，即 v s1=- v s2= 或 v s1- v s2= u id u id 称为差模输入信号。 在输入为差模方式时，若一个三极管的集电极电流增大时，则另一个三极管的集电极电流一定减小。在电路理想对称的条件下，有：i c1=- i c2。 Re 上的电流为： i E =i E1+i E2=（I E1+ i e1）+（I E2+ i e2 ） 电路对称时，有I E1= I E2= I E 、i e1=- i e2，使流过Re 上的电流i E =2I E 不变，则发射极的电位也保持不变。差模信号的交流通路如图: 差模信号下不同工作方式的讨论: ① 双端输入—双端输出放大倍数： 当输入信号从两个三极管的基极间加入、输出电压从两个三极管的集电极之间输出时，称之为双端输入—双端输出,其差模电压增益与单管放大电路的电压增益相同，无负载的情况下: be s c s1o1s2s1o2o1id o ud r R R 22u u A +-==--== βv v v v v v
一种典型的差分放大电路设计与测试 姜鹏, 徐科军时间:2011年01月21日来源:微型机与应用2010 年第20期 字体: 大中小关键词:差分输入差分输出放大电路差分信号 摘要：简述一种典型的差分输入差分输出放大电路的设计、仿真和测试方法，讨论其设计原理及需要解决的问题。重点讲述差分滤波器的设计和计算，指出与单端放大电路在设计和测试中的不同之处，并结合实际工作中的经验，就直流信号和交流信号的测试分别给出了 一种简易案例。 关键词：差分输入；差分输出；放大电路；差分信号与普通单端放大器相比，差分放大器可以有效抑制输入信号中的共模噪声和地线电平电压浮动对电路的影响，因此，在工业应用中广受青睐。差分放大器中以仪表放大器应用最为广泛[1]。随着技术的发展，支持差分输入的ADC、MCU越来越多，由于差分传输能更好地抑制共模干扰，信号传输距离更远，越来越多的场合将使用差分传输。但是，一般的仪表放大器仅支持单端输出。因此，采用双运放搭建了一种差分输入差分输出放大电路。与普通的单端放大电路相比，差分放大电路在设计、分析、仿真和测试中有许多不同之处，而这些知识在一般的模拟电路教材中很少介绍。 1 差分放大电路设计
根据被放大信号的不同,可以将差分放大电路分成两种[2]。一种是直流耦合差分放大电路，其输入端没有隔直电容，可以同时放大直流和交流信号，如图1所示。另一种是交流耦合差分放大电路，其输入端有隔直电容，用来隔离直流分量，放大信号中的交流成分，如图 2所示。
1.1 直流耦合差分放大电路 直流耦合差分放大电路由差分比例放大电路、差分滤波器、保护器件和补偿电阻四部分组成。其输入-输出关系为：