Что такое дифференциальный вход

Дифференциальный вход и операционный усилитель – для новичков в радиоделе

В усилителях звука для введения обратной связи довольно часто применяют входной каскад, как на рисунке ниже

Рис 919 Усилитель с дифференциальным входом Рассмотрим работу такой схемы

Снимая сигнал с коллекторов транзисторов (включив нагрузку между коллекторами транзисторов Q1 и Q2), мы… не получим сигнал Разность напряжений явно равна нулю, хотя напряжения на базах транзисторов мы меняли Но меняли синхронно, увеличивая одинаково на обоих входах

Усилитель, который усиливает только разностное напряжение на входах, называют дифференциальным усилителем Сигнал на выходах обоих транзисторов Q1 и Q2 появится только тогда, когда на базы будет подан разностный (имеющий разное напряжение) сигнал Как на рисунке ниже

Рис 921 Напряжение на выходе дифференциального усилителя

На сопротивлении нагрузки R4 напряжение появится только тогда, когда между напряжениями на базах есть разность Чем интересно такое исполнение входного каскада

Если вы подключаете усилитель к датчику, расположенному далеко, то на соединительные провода будут наводиться помехи, особенно в условиях промышленного производства Но на оба провода наводятся одинаковые напряжения относительно земли А это, как мы видели, не вызывает появления выходного сигнала То есть, наводки в этом случае не помешают считыванию сигнала от датчика

Дифференциальный вход используется во всех моделях операционных усилителей Операционные усилители некогда создавались для нужд аналоговых вычислительных машин Но после появления цифровых вычислителей, интерес к аналоговым машинам пропал Однако операционные усилители, схемотехника которых совершенствовалась, с прогрессом в области технологии изготовления микросхем стали не менее популярны, чем транзисторы Откройте любой справочник, откройте раздел операционных усилителей в любой программе симулятора и вы увидите длинный список моделей Обилие этих элементов потребовало даже специальной классификации операционных усилителей

В операционном усилителе удобно вводить отрицательную обратную связь, определяющую коэффициент усиления по напряжению

Рис 922 Усилитель с усилением в 10 раз

Усиление определяется отношением сопротивлений резисторов R3 и R1 Благодаря своей универсальности, стабильности параметров операционные усилители часто применяют в измерительных приборах

Если вам захочется использовать операционный усилитель, обратите внимание на верхнюю рабочую частоту В справочниках часто приводят это значение для усиления равного 1 Положим, в справочнике указана верхняя граничная частота 1 МГц При усилении равном 10, вы получите верхнюю граничную частоту в 10 раз ниже, то есть, 100 кГц А, если вам понадобится усилитель с коэффициентом усиления по напряжению 100, то верхняя граничная частота снизится до 10 кГц

Ещё одно преимущество операционных усилителей – они могут усиливать постоянное напряжение Например, вы используете фотодиод, который реагирует на освещённость Включите фотодиод на вход операционного усилителя, и вы получите усиленное напряжение на его выходе

Рис 223 Включение фотодиода на вход операционного усилителя

Схема включения взята из справочного листка операционного усилителя, где есть рекомендации изготовителя по использованию LM358 Возможно, самое интересное в этой схеме, что используется один источник питания 5 В

Сегодня микросхемы операционных усилителей могут иметь в одном корпусе и два, и четыре операционных усилителя, что позволяет собрать довольно компактное и достаточно сложное устройство

Источник: Гололобов ВН,- Самоучитель игры на паяльнике (Об электронике для школьников и не только), – Москва 2012

Источник

Русские Блоги

Несимметричный, дифференциальный, псевдодифференциальный вход

Несимметричный сигнал:

Одно-концевые сигналы (односторонний) по сравнению с дифференциальными сигналами. Несимметричный вход означает, что сигнал состоит из опорного конца и конца сигнала, и опорный конец обычно измельчают.

Несимметричный вход АЦП

Например, в последовательном порту UART232 передающий терминал TXD, принимающий терминал RXD, опорный терминал является заземлением и GND, который является типичным несимметричным входом и выходом сигнала.

В случае несимметричного входа оценивается разность напряжений между сигналом и землей.

Схема несимметричного сигнального интерфейса RS232

Дифференциальный сигнал:

Дифференциальный (дифференциальный) предназначен для выполнения дифференциального преобразования несимметричного сигнала и вывода двух сигналов, один из которых находится в фазе с исходным сигналом, а другой инвертируется с исходным сигналом. Дифференциальные сигналы обладают высокой устойчивостью к синфазным помехам и подходят для передачи на большие расстояния. Несимметричные сигналы не имеют этой функции.

В случае дифференциального входа оценивается разность напряжений между двумя сигнальными линиями.

Форма волны дифференциального сигнала

Когда сигнал мешает, два дифференциальных провода будут затронуты одновременно, но разница напряжений не сильно изменится. При изменении несимметричной входной линии GND остается неизменным, поэтому разница напряжений сильно меняется.

По сравнению с обычной несимметричной маршрутизацией сигнала наиболее очевидные преимущества дифференциального сигнала отражены в следующих трех аспектах:

Способность к помехам высока, потому что связь между двумя дифференциальными трассами очень хорошая (лучше всего подходит соседняя проводка), когда есть шумовые помехи извне, они почти связаны с двумя линиями одновременно, и приемный конец касается только двух разницы сигнала, поэтому внешний шум общего режима может быть полностью отменен.

Он может эффективно подавлять электромагнитные помехи. По той же причине, из-за противоположной полярности двух сигналов, излучаемые ими электромагнитные поля могут нейтрализовать друг друга. Чем сильнее связь, тем меньше электромагнитной энергии отводится во внешний мир.

Позиционирование по времени является точным.Поскольку переключение переключателя дифференциального сигнала находится на пересечении двух сигналов, в отличие от обычного несимметричного сигнала, который зависит от высокого и низкого пороговых напряжений, он в меньшей степени зависит от процесса и температура, которая может уменьшить ошибку синхронизации.Также он больше подходит для схем с сигналами малой амплитуды. Популярный в настоящее время LVDS (lowvoltagedifferentialsignaling) относится к этой технологии дифференциальных сигналов малой амплитуды.

Несимметричный в дифференциальный:

На приведенном выше рисунке показана типичная полностью дифференциальная схема, так называемая полностью дифференциальная схема, в которой вход и выход являются дифференциальными. На рисунке выше показана полностью дифференциальная схема операционного усилителя.

Дифференциальный вход АЦП

Псевдодифференциальный вход:

Псевдодифференциальный вход АЦП

Чтобы иметь как преимущества дифференциального входа, так и преимущества простого несимметричного входа, существует также псевдодифференциальный вход, который реализует аналогичное дифференциальное соединение путем подключения заземления сигнала к клемме ADCIN.

Псевдо-дифференциальный метод соединения сигнала уменьшает шум и обеспечивает соединение с плавающем сигналом в пределах диапазона синфазного напряжения инструментального усилителя. В режиме псевдо-дифференциальный сигнал подключен к положительному выводу входа, и базовое заземление signal is Отрицательная клемма входа подключена. Псевдодифференциальный вход снижает влияние, вызванное разницей между эталонным потенциалом земли (циркулирующим током заземления) источника сигнала и устройства, что повышает точность измерения.

Связанные вопросы:

Могут ли псевдодифференциальные входы эффективно подавлять синфазный шум?

Может быть частично подавлен. Поскольку сопротивление двух линий к «земле» несовместимо, эффект подавления ограничен.

Каковы преимущества и недостатки псевдодифференциального входа по сравнению с дифференциальным входом?

Поскольку он «замаскирован», в принципе нет никаких преимуществ, а только недостатки. Недостатком является то, что две линии асимметричны, и эффект подавления синфазных помех ограничен. Если вам нужно получить преимущество, вы вряд ли сможете замаскировать несимметричный выходной сигнал как дифференциальный, и эффект будет немного лучше, чем у полного несимметричного соединения (решение маломасштабного плавающего сигнала на обоих концах).

Источник

Термин: Вход дифференциальный

Дифференциальным, как правило, называют вход напряжения или вход заряда с тремя точками подключения (одно из устоявшихся обозначений: X, Y, AGND), но существуют и дифференциальные входы тока.

Реальные дифференциальные входы устройств имеют следующий перечень основных электрических характеристик:

Из-за симметричной сути дифференциального входа его называют также симметричным входом, в отличие от несимметричного входа с общей землёй.

Вход с общей землёй может быть получен из дифференциального путём соединения цепей Y и AGND.

Инверсный вход с общей землёй может быть получен из дифференциального путём соединения цепей X и AGND.

Для лучшего использования полезного свойства дифференциального входа, заключающегося в подавлении синфазной составляющей (например, помехи вследствие антенного эффекта), провода цепей X и Y следует вести симметрично, например, витой парой для построения дифференциальной сигнальной цепи.

ВНИМАНИЕ!

Типичной ошибкой при подключении дифференциального входа к внешним цепям является неподключение цепи AGND или цепи Y. Обратите внимание, что дифференциальный вход при любом подключении требует подключения всех трёх цепей к источнику сигнала: X, Y и AGND! Причиной неподключения цепи AGND при применении дифференциального входа является ошибочное неразличение двух различных типов входов: дифференциального входа и изолированного двухпроводного входа. В частности, между входами X и Y некорректно подключать изолированный источник сигнала, электрический потенциал которого явно не привязан к AGND (это означает, что диапазон синфазного напряжения дифференциального входа ничем не ограничен, поскольку изолированная цепь на своей ёмкости может накопить сколь угодно большое напряжение помехи!). Привязка потенциала синфазного напряжения изолированного источника сигнала может быть сделана, например, дополнительным подключением к AGND одного провода источника сигнала.

Пример использования термина

Термин является ключевым при описании свойств измерительных входов различных приборов и систем сбора данных, например, в документации на выпускаемое оборудование OOO «Л Кард».

Разрядность: 16 бит
Частота преобразования до 78 кГц на канал
Каналов: 4 дифференциальных
Диапазоны: ±30 мВ…10 В

Модуль АЦП универсальный
4 канала, 16 бит, 78 кГц

LTR22

Разрядность: 24 бита
Частота преобразования до 117 кГц на канал
Каналов: 4 дифференциальных + 4 для ICP-датчиков или тензорезисторов
Диапазоны: ±2 В…±10 В

Модуль АЦП универсальный
4 канала, 24 бит, 117 кГц

LTR24

Разрядность: 14 бит
Частота преобразования 400 кГц суммарно
Каналов: 16 дифференциальных/ 32 с общей землей
Диапазоны: ±0,15 В…±10 В

Модуль АЦП универсальный
16/32 каналов, 14 бит, 400 кГц

LTR11

Разрядность: 24 бита
Частота преобразования до 4 кГц суммарно
Каналов: 16 дифференциальных
Диапазоны: ±0,4 В…±10 В

Модуль АЦП универсальный
16 каналов, 24 бит, 4 кГц

LTR114

АЦП: 16 бит; 16/32 каналов;
±0,2 В…10 В; 2 МГц
ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 1 МГц
Цифровые входы/выходы:
17/16, ТТЛ 5 В
Интерфейс: USB 2.0 (high-speed), Ethernet (100 Мбит)
Гальваническая развязка.

Модуль АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 16 бит, 2 МГц, USB, Ethernet

E-502

АЦП: 16 бит; 16/32 каналов;
±0,2 В…10 В; 2 МГц
ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 1 МГц
Цифровые входы/выходы:
18/16 TTL 5 В
Интерфейс: PCI Express

Плата АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 16 бит, 2 МГц, PCI Express

L-502

Универсальный предусилитель милливольтовых сигналов

Универсальный предусилитель милливольтовых сигналов LP-04-M

Источник

Терминология: Вход дифференциальный

Реальные дифференциальные входы устройств имеют следующий перечень основных электрических характеристик:

Из-за симметричной сути дифференциального входа его называют также симметричным входом, в отличие от несимметричного входа с общей землёй.

Вход с общей землёй может быть получен из дифференциального путём соединения цепей Y и AGND.

Инверсный вход с общей землёй может быть получен из дифференциального путём соединения цепей X и AGND.

Для лучшего использования полезного свойства дифференциального входа, заключающегося в подавлении синфазной составляющей (например, помехи вследствие антенного эффекта), провода цепей X и Y следует вести симметрично, например, витой парой для построения дифференциальной сигнальной цепи.

ВНИМАНИЕ!

Типичной ошибкой при подключении дифференциального входа к внешним цепям является неподключение цепи AGND или цепи Y. Обратите внимание, что дифференциальный вход при любом подключении требует подключения всех трёх цепей к источнику сигнала: X, Y и AGND! Причиной неподключения цепи AGND при применении дифференциального входа является ошибочное неразличение двух различных типов входов: дифференциального входа и изолированного двухпроводного входа. В частности, между входами X и Y некорректно подключать изолированный источник сигнала, электрический потенциал которого явно не привязан к AGND (это означает, что диапазон синфазного напряжения дифференциального входа ничем не ограничен, поскольку изолированная цепь на своей ёмкости может накопить сколь угодно большое напряжение помехи!). Привязка потенциала синфазного напряжения изолированного источника сигнала может быть сделана, например, дополнительным подключением к AGND одного провода источника сигнала.

Источник

Термин: Вход тока «с общей землёй» и дифференциальный

Вход тока «c общей землёй»

Данные входы являются частным случаем входов тока. В названии этой группы входов используется устоявшийся термин – Вход с общей землёй. В данном случае, под «землёй» подразумевается цепь общего провода источников токов I₁, I₂. I_N, как показано на рисунке для N-канальной системы.

В частности, эта группа входов может быть изолированной относительно цепи заземления оборудования.

Входы тока «с общей землёй» системы сбора данных (ССД) имеют низкие входные сопротивления R_Ш1, R_Ш2. R_ШN, через которые текут токи сигналов каждого канала ССД. Если входы тока гальванически не изолированы, то для таких входов типично, когда все токовые цепи сходятся в одну точку O, находящуюся внутри ССД. Теоретически по цепи общего провода этой группы входов течёт суммарный ток I₀, не влияющий на межканальное прохождение сигнала.

Дифференциальный вход тока X-Y

Особо подчеркнём, что данный «дифференциальный вход тока X-Y» подразумевает, что оба тока I_X и I_Y являются сигнальными (информационными) токами фаз искомого разностного тока.

Дифференциальный вход тока X-Y0

Практически, общая (синфазная) неинформационная составляющая токов может быть вызвана, например, влиянием электромагнитных полей. В этом случае, применение «дифференциального входа тока X-Y0» и симметричного подключения улучшит соотношение «сигнал-шум» в тракте измерения.

Очевидно, что зеркальным случаем «дифференциального входа тока X-Y0» является «дифференциальный вход тока Y-X0».

Поскольку теоретически источник тока является источником сигнала с бесконечно большим выходным сопротивлением, то в простом случае применения «дифференциального входа тока X-Y0» фазу I_Y можно не подключать для обеспечения в ней нулевого тока, как это показано на рисунке ниже.

В более сложном случае, если известен импеданс источника сигнала Z_X на частоте влияния синфазной помехи, то в цепь I_Y можно включить эквивалент нагрузки с импедансом Z_Y, равным Z_X, для реализации дифференциального принципа подключения даже в случае однофазного источника сигнала I_X, как это показано на рисунке ниже.

Использование термина

Данный термин используется в эксплуатационной документации ООО «Л Кард» при описании электрических свойств токовых входов модуля АЦП LTR12.

Разрядность: 14 бит

Частота преобразования 400 кГц суммарно

Каналов: 16 дифференциальных/32 с общей землёй

Модуль АЦП
16/23 канала ±20 мА, 14 бит, 400 кГц

Источник