СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-4

в дифференциальные выходные сиг налы. Каждый однофазный выходной сиг нал является половиной дифференци ального выходного синфазного напря жения (+ V OCM ): V OUT+ = V IN R F /2 R G + V OCM и V OUT– = – V IN R F /2 R G + V OCM . Для правильного функциониро вания входные напряжения V Р и V N не должны выходить за пределы ДВСН усилителя, а выходные сигналы должны поддерживать требования к изменению напряжения на входе АЦП. Превышение ДВСН приведёт к нелинейной работе, что увеличивает искажения и иногда ошибочно рас сматривается как проблема насыще ния выхода. Для проверки значения ДВСН мож но применить концепцию виртуаль ного короткого замыкания для вы числения напряжения на любом вы воде входа ПДУ, поскольку V Р ≈ V N . Можно использовать любое из двух уравнений, но (3) является самым простым: V P = V OUT– R G /( R G + R F ) + + V IN R F /( R G + R F ), (2) V N = V OUT+ R G /( R G + R F ). (3) Из за разности выходного и вход ного синфазных напряжений схема обратной связи отбирает ток, равный этой разности, поделенной на сумму номиналов резисторов R F и R G . Если резисторы, устанавливающие коэф фициент передачи в двух плечах ПДУ, не согласованы, разность синфазных напряжений также приведёт к смеще нию на выходе. Поэтому важно ис пользовать резисторы с допуском 1% или менее. Пример Для иллюстрации работы схемы предположим, что на вход поступает сигнал с размахом 2 В, а выход под ключен к АЦП типа ADS1278. Полная шкала входного дифференциального напряжения ADS1278 составляет 5 В (размах), а входное синфазное напря жение равно +2,5 В. В качестве ПДУ может быть использован THS4521 с единственным источником питания +5 В. Сначала необходимо проверить, что THS4521 может поддерживать тре буемые напряжения. Во избежание насыщения АЦП, максимальный ко эффициент передачи составляет 2,5 В/В. Для установки номиналов R F = = 1 кОм и R G = 400 Ом может быть ис пользовано выражение (1). Для уста новки требуемого входного синфаз ного напряжения АЦП на уровне +2,5 В вывод V OCM усилителя THS4521 может быть просто шунтирован на землю конденсатором 0,1 мкФ, по скольку по умолчанию напряжение на неподключенном выводе V OCM рав но половине напряжения питания (+2,5 В). Тогда напряжение на каждом выходе будет изменяться с размахом 2,5 В (±1,25 В) вокруг +2,5 В; поэтому выходы усилителя должны поддержи вать напряжение от +1,25 до +3,75 В. Паспортные данные THS4521 показы вают, что требуемый диапазон выход ного напряжения находится в преде лах спецификации. Следует отметить, что другие АЦП, рассчитанные на раз личные требования к входному син фазному напряжению, потребуют, чтобы вывод V OCM был смещён по по стоянному току. Выражение (2) может быть исполь зовано для расчёта V P на положитель ном и отрицательном пиках входного сигнала. При V IN = –1 В, V OUT– = +3,75 В: V P = 3,75 × 400/(400 + 1000) + + (–1) × 1000/(400 + 1000) = 0,357 [В]. При V IN = +1 В, V OUT– = +1,25 В: V P = 1 × 400/(400 + 1000) + + 1,25 × 1000/(400 + 1000) = 1,071 [В]. В качестве альтернативы выраже ние (3) может быть использовано для расчёта V N на положительном и от рицательном пиках входного сиг нала. При V IN = –1 В, V OUT+ = +1,25 В: V N = 1,25 × 400/(400 + 1000) = 0,375 [В]. При V IN = +1 В, V OUT+ = +3,75 В: V N = 3,75 × 400/(400 + 1000) = 1,071 [В]. Напряжения, рассчитанные для V P и V N , не отличаются от предсказанных. Проверка спецификации THS4521 по казывает, что требуемый диапазон входного напряжения обеспечива ется. Даже если входной сигнал опуска ется ниже потенциала земли, для вы водов ПДУ не требуется никаких от рицательных напряжений. В схеме преобразования однофазного сигнала в дифференциальный входное син фазное напряжение, прикладываемое к ПДУ, модулируется этим сигналом. Напротив, когда и вход, и выход явля ются дифференциальными, измене ние входного синфазного напряже ния много меньше и приблизительно равно взвешенному среднему зна чению входного и выходного син фазных напряжений (установленных R F и R G ). Что происходит с ДВСН, когда умень шается или увеличивается коэффици ент передачи? ● Когда коэффициент передачи уменьшается, входные напряжения ( V P и V N ) изменяются ближе к выход ному. Для коэффициента передачи 1 В/В, ДВСНравно половине размаха напряжения на любом выходе. Уменьшение коэффициента переда чи ниже 1 В/В является особым слу чаем [2]. ● Когда коэффициент передачи уве личивается, входные напряжения ( V P и V N ) изменяются ближе к ис ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 56 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2011 V OUT+ V N V P V IN_AC V OUT– 0 250 500 750 1000 Время, нс –1,00 1,00 0,36 0,36 1,07 1,07 1,25 3,75 1,25 3,75 V S+ V S+ R G2 400 R F2 1k R F1 1k V N V P:2 V IN_AC:1 R G1 400 U1 THS4521 V OUT+ V OCM V 3 2,5 V OUT– V OCM + V S+ V 2 5 + + FDA + +– – Рис. 2. Моделирование примера схемы в программе TiNA Ti™ © СТА-ПРЕСС