Дифференциальный вход и синфазное напряжение. Опции

[Herz]

Многие АЦП имеют дифференциальный (или псевдо-) вход. Но не всегда однозначно понятно, от чего отсчитывается синфазное напряжение. От земли? От половины референсного? От половины питания? Тот же ADS1252, например. По логике, от половины референсного, я не ошибаюсь?

[Stanislav]

Эк вас занесло, братцы.
Наверное, стОит начать с того, что как синфазное, так и дифференциальное напряжение могут быть определены только для схемы с (псевдо)дифф. входами (ДУ).
По пределению, дифф. напряжение - это разность напряжений между дифф. входами, а синфазное - полусумма, о чём я и написал уже ранее. Независимо от схемы включения ДУ.
Точку отсчёта синфазного напряжения, как я и писал уже, нужно определять из параметра Absolute Input Voltage. Нулевому абсолютному потенциалу входного напряжения соответствует 0 и синфазного сигнала.

[tyro]

По пределению,...а синфазное - полусумма, о чём я и написал уже ранее.

А как раз это и вызывает (мое) непонимание. (Нигде не встречал такого определения и хочется его осмыслить)Зачем диф. сигнал приводить к точке, относительно которой его среднее значение равно нулю? Только для того чтоб синфазное было равно полусумме, точность вычисления выходного сигнала вроде-бы не улучшается, получается как бы вычисленияе "самого наихудшего случая" для синфазной составляющей?

[Stanislav]

А как раз это и вызывает (мое) непонимание. (Нигде не встречал такого определения и хочется его осмыслить)Зачем диф. сигнал приводить к точке, относительно которой его среднее значение равно нулю? Только для того чтоб синфазное было равно полусумме, точность вычисления выходного сигнала вроде-бы не улучшается, получается как бы вычисленияе "самого наихудшего случая" для синфазной составляющей?

Покопавшись в справочниках, которые есть под рукой, к своему удивлению, точного определения синфазного напряжения и синфазного сигнала также не нашёл. Отыскалось только вот здесь:
http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/2045/
(там оно такое же, как и у меня).

Тем не менее, вопрос полезно рассмотреть более тщательно.
Для начала, предположим, что у нас есть ДУ (например, инструментальный усилитель). В этом случае, как мне кажется, определить понятие синфазного сигнала не сложно.
Попробуем видоизменить схему из Вашего поста #23, разбив источник Vdiff на два: Vdiff+ и Vdiff-, а источник Vsinf подключим к их средней точке, причём Vdiff+ + Vdiff- =0, если считать их относительно этой средней точки.
Далее, для ДУ сделаем "референсный" вывод, и подключим его к свободному концу Vsinf (в данном случае, "земле"). Для простоты, пусть Vsinf = const.
Для такой конфигурации, синфазным напряжением нужно считать напряжение Vsinf, а дифференциальным напряжением или сигналом - разность Vdiff+ и Vdiff-.
Смысл этого в том, что при равном по модулю и противоположном по знаку изменении входных напряжений синфазное напряжение меняться не будет, и останется постоянной величиной. Такая интерпретация будет иметь ясную физическую аналогию: например, потенциал точки соединения эмиттеров (истоков) транзисторов "классического" дифф.усилителя, при подаче на их базы (затворы) равного по модулю и знакопеременного малого воздействия, меняться не будет, и "подавлять" его вовсе не потребуется.
Итак, значения синфазного напряжения (сигнала) для ИУ должен отсчитывается от выходного референсного уровня. Допустимый их диапазон также должен отсчитываться относительно этого потенциала. Иногда полезно бывает разделить постоянную и переменную составляющие синфазного напряжения (сигнала).
Теперь заменим эти три источника на 2 эквивалентных, но относительно референса (на входы "+" и "-" ДУ), и всё станет на свои места.

Для АЦП с дифф. входом определить понятие синфазного сигнала можно аналогично. Некоторую сложность вносит отсутствие референсного вывода встроенного ДУ, однако, в спецификации на прибор такой уровень (теперь уже относительно питающих напряжений), должен быть обязательно указан. Его и нужно взять в качестве референсного.
Простите за некоторую многословность...

...Тогда появляется однозначность - например, при расчете по формулам, включающих классическое определение (или пусть будет понимание) синфазного сигнала. Для дифф. усилителя на ОУ, на входе которого синфазная составляющая стремится к нулю и он перерождается в классический инвертирующий усилитель, даст одни и те же результаты что по формуле для диф. усилителя, что и для инвертирующего усилителя. В случае использования оценки синфазного сигнала этого не прозойдет, что на мой взляд говорит о недопустимости повсеместной замены этих понятий...

Думается, Вы здесь не совсем правы.
Устройство с дифференциальными входами подразумевает, что к нему будет подключен источник сигнала с дифференциальными выходами, каждый из которых отсчитывается относительно конкретного референсного потенциала. Как быть в этом случае?
Возьмите, например, АЦП ADS1252, выбранный автором темы, и попробуйте подать на него напряжения по своей схеме. Что у Вас получится?

ЗЫ. Дифференциальными входы высокочастотных АЦП делаются, как правило, для компенсации пролезания сигнала через паразитные ёмкости со входов во внутренние части их схем (ну, ещё для уменьшения коммутационной помехи УВХ). Этого можно достичь только при постоянной (или медленно меняющейся) полусумме мгновенных значений напряжений на дифф. входах.

[rezident]

Для АЦП с дифф. входом определить понятие синфазного сигнала можно аналогично. Некоторую сложность вносит отсутствие референсного вывода встроенного ДУ, однако, в спецификации на прибор такой уровень (теперь уже относительно питающих напряжений), должен быть обязательно указан. Его и нужно взять в качестве референсного.

Однако в случае АЦП допустимые величины синфазного напряжения в даташите приводят все равно почему-то относительно GND (AGND). а не относительно опоры. Тем более, что опора в свою очередь тоже может быть внешней и дифференциальной (т.е., например, у АЦП имеются входы VeREF+ и VeREF-).

[Stanislav]

Однако в случае АЦП допустимые величины синфазного напряжения в даташите приводят все равно почему-то относительно GND (AGND).

Не путайте термины.
"Референсной точкой" и для входов, и для опорных напряжений, является именно "земля".
Я это и пытаюсь объяснить, начиная с поста #2.

а не относительно опоры. Тем более, что опора в свою очередь тоже может быть внешней и дифференциальной (т.е., например, у АЦП имеются входы VeREF+ и VeREF-).

А какое отношение имеют опорные напряжения собственно АЦП к его входной дифференциальной схеме (УВХ, усилителю, буферу)?

[rezident]

"Референсной точкой" и для входов, и для опорных напряжений, является именно "земля".

Пардон! Но я из ваших слов понял, что референсное напряжение это VREF, т.е. опора.

Я это и пытаюсь объяснить, начиная с поста #2.

В посте #2 вы слов "референсное напряжение/вывод" не применяли.

А какое отношение имеют опорные напряжения собственно АЦП к его входной дифференциальной схеме (УВХ, усилителю, буферу)?

ИМХО такое, что входной сигнал после обработки его в дифференциальной схеме все равно для оцифровки к диапазону опоры должен быть приведен.

[Stanislav]

Пардон! Но я из ваших слов понял, что референсное напряжение это VREF, т.е. опора.

Нет, здесь омонимы.
Посмотрите на любой ИУ, например. У него есть вывод, обозначаемый, как Ref - опорное напряжение, общий провод, референсная точка... Речь в теме идёт именно об этом, а не о собственно преобразовательной части АЦП.
Повторюсь ещё раз: для входной дифф. схемы АЦП за опорный потенциал принимается напряжение "земли" (0В). Все абсолютные значения напряжений (в т.ч., и синфазного) отсчитываются от него.

...ИМХО такое, что входной сигнал после обработки его в дифференциальной схеме все равно для оцифровки к диапазону опоры должен быть приведен.

Не обязательно. Сигнал может быть и значительно меньше полного диапазона АЦП, который при этом остаётся полностью работоспособным, только эффективная разрядность уменьшается.
А вот выходить за рамки предельно допустимого синфазного напряжения нельзя - правильная работа АЦП при этом не гарантируется.

[rezident]

А вот выходить за рамки предельно допустимого синфазного напряжения нельзя - правильная работа АЦП при этом не гарантируется.

Повторюсь ещё раз: для входной дифф. схемы АЦП за опорный потенциал принимается напряжение "земли" (0В). Все абсолютные значения напряжений (в т.ч., и синфазного) отсчитываются от него.

Дык опять неоднозначность с этим допустимым синфазным напряжением получается, если вдруг у АЦП при однополярном питании еще и вывод AINCOM имеется, который в свою очередь может иметь ненулевой потенциал относительно AGND.

[alexander55]

Поздно увидел эту интересную тему.
tyro привел схему.
Попробую расставить точки над и.
В Вашей схеме Vsinf - это синфазное напряжение.
Vdiff - дифференциальное.
Это не потому, что они у Вас так названы, а по смыслу.
Даже если V1=5 V, а V2=15 В. Все равно так.
Даже если V1=15 В, а V2=0 В. Все равно так.
Напряжение выхода - это суперпозиция воздействия положительного и инверсного входов.
Для Vsinf - это по сути дела установка смещения выхода (т.е. смещает рабочую точку, относительно которой и воздействует Vdiff).

[Stanislav]

Напряжение выхода - это суперпозиция воздействия положительного и инверсного входов.

Сильно сказано. Может. поясните?

Для Vsinf - это по сути дела установка смещения выхода (т.е. смещает рабочую точку, относительно которой и воздействует Vdiff).

И что, по-Вашему, оно не может меняться?
По-моему, это совершенно неверно.

Опять 25.
Я думаю определить так.
Синфазная составляющая - это приведенная ко входу составляющая при Udif=0 (т.е. смещение).

Глубокая мысль. И что же она поясняет? Какое из определений верно?

Составить уравнения Кирхгофа и определить. Проблем здесь нет.

Покажите, как это нужно делать, пожалуйста.

В свете последней формулировки - относительно общей точки входных сигналов -отсутствует...

Неправильно.
Напряжение на ИТ будет -4В относительно уровня Vin+ = Vin- = 0. Это напряжение будет передано на выход ДУ с к-том Ксф.

В свете последней формулировки...

А что подразумевать под "последней формулировкой"?

[blackfin]

А что подразумевать под "последней формулировкой"?

ИМХО, это:

Vsinf = [Vin(+) + Vin(-)]/2;
Vdiff = [Vin(+) - Vin(-)]/2;

Сообщение отредактировал blackfin - Dec 12 2007, 12:41

[Stanislav]

ИМХО, это:

Vsinf = [Vin(+) + Vin(-)]/2;
Vdiff = [Vin(+) - Vin(-)]/2;

Об том и речь. Что здесь может быть неявного/непонятного?
Только во втором уравнении с делением Вы явно погорячились.

Путь решения.
http://electronix.ru/forum/index.php?showt...39212&st=0#

Чей путь?
Лучше бы конкретно написали, чем "пути" указывать...

Это правильно и по классике.
Все диф. усилители по теории так и приводят.

Ну, так и определитесь, наконец. А то в одной и той же теме от Вас исходят два взаимо-исключающих утверждения.

Хочу оговориться сразу,(мне казалось что говорил об этом и ранее) что рассматриваю схему ОУ без связки с АЦП.

ОУ - всего лишь разновидность ДУ.
Ну да ладно, можно рассмотреть на примере ОУ, общность от этого не потеряется.

Классическое пояснение синфазного и диф. сигналов для диф.усилителя присутствует во всех книжка по ОУ (ну может за исключением "библии" на форуме ХиХ).

Далеко не во всех, скорее, наоборот. Щас в Достала погляжу...

...Это безусловно правильное утверждение. Особенно если расматривать в фиксированный момент времени. Но вот вопрос - почему синфазное напряжение должно быть постоянным?

Почему "должно быть"? Где у меня об этом написано?
Я хочу сказать, что влияния входного синфазного сигнала на выходной сигнал не будет только в случае, если синфазное напряжение равно 0. По формуле: 0В * Ксф = 0В.
Если принять Ваше определение, такое соотношение не получится. А если моё - получится. Вот и весь сказ.

...При таком подходе нет сходимости в расчетах инв.усилителя и диф. усилителя, о чем писал раньше...

Как нет?
Поясните, что Вы имели в виду. Лучше на конкретном примере.

Да без проблем! Например, ADS1216/1217/1218 которые мы применяем.
И еще встроенный в MSP430 ADC12 и ADC10 тоже имеют возможность подключения внешней дифференциальной опоры, хотя сами они типа SAR и не имеет дифференциальной входной схемы.

Охо-хо...
Вы продолжаете смешивать понятия. АЦП, которые Вы приводите, не имеют референсного вывода встроенного ДУ. Они лишь имеют один общий дифф. вход (Aincomm просто тождественно равно Vin-), и коммутируемый второй. Соедините его с конкретным выводом, а после рассмотрите получившуюся дифф. схему. Из блок-схемы АЦП видно, что референсным напряжением встроенного ДУ является именно "земля" (AGND), и подано оно на общий (референсный) вход дифф. тракта где-то внутри прибора.
Ещё раз рекомендую: возьмите любой ИУ (например, классику - AD620), и посмотрите, что подразумевается под референсным напряжением, и почему для него резервируется вывод М/С.
Повторю ещё раз: для ДУ (ОУ, ИУ) референсным является потенциал, относительно которого отсчитывается выходное напряжение (при Vdiff=0, Vout=Vref). Однако, синфазное напряжение входа должно отсчитываться также именно относительно него.

[tyro]

Становлюсь на позиции ГОСТ 18421-93 с. 5.
Поэтому , с точки зрения ГОСТ 18421-93, утверждение Vsinf = [Vin(+) + Vin(-)]/2 не является истинным.
По поводу конкретного примера:
Схема поста 42. синфазное Vsinf=0. Схема вырождается в инвертирующий усилитель. Vdiff=4.
согласно методике, что Vsinf = [Vin(+) + Vin(-)]/2 имеем на выходе (при рассмотрении как диф.усилителя) Vout = (Ry/Rx)*(-4 + ((4+0)/2)/k). При расчете как инв. усилитель имеем Vout = -(Ry/Rx)*4. Это то, что я имел ввиду под сходимостью вычислений. Если взять предложенную мной формулировку (пост 65), а она как оказалось неплохо совпадает с ГОСТ, то Vout = -(Ry/Rx)*4 (синфазное равно минимальному из абсолютной вел-ны сигналов, в данном случае нулю).