Здравствуйте все!
Мне нужно сделать на трансформаторе дифференциальный сигнал из несимметричного, чтобы подать его на вход АЦП с дифференциальным входом. Примерно как на рисунке.
Вопрос: как правильно сделать усилитель для подачи сигнала на вход трансформатора?
Исходные данные:
- трансформатор типа MACOM ETC1-1T-2TR http://www.macomtech.com/datasheets/ETC1-1T-2TR.pdf с полосой 0,1 - 200 МГц или похожий;
- полосу усилителя достаточно иметь 0,1 - 60 МГц;
- усиление около 2 с возможностью подгонки +-50% путём замены резисторов;
- на входе усилителя - эмиттерный повторитель;
- размах сигнала на входе от десятков милливольт до примерно 1В;
- крайне желательно обойтись без микросхем, только транзисторами, желательно - npn.
Очень прошу не пинать ногами, я никогда не работал с трансформаторами (кроме сетевых) и не представляю, какие тут могут быть подводные камни.
Заранее признателен.

Так я не понял ничего, вам передатчик или приемник ?

Приемники вот так можно сделать:

http://www.holmea.demon.co.uk/Ethernet/EthernetRx.htm

http://www.fpga4fun.com/10BASE-T4.html

На транзисторах Вы получите редкую гадость. А Вам обязательно нужно трансформатор? Есть специальные чипы для получения дифференциального сигнала из обычного. Я бы при строгой необходимости использования трансформатора их бы применял и для раскачки транса.

ВЧ-трансформатор желательно нагружать с двух сторон на номинальную активную нагрузку, в данном случае 50ом, иначе будет искажение АЧХ по передаче сигнала. Если сигнал на первичную обмотку подается с усилителя с низким входным сопротивлением (самый распространенный случай), последовательно с его выходом надо включить согласующий резистор такого номинала, чтобы сумма его сопротивление и выходного сопротивления усилителя составляла 50ом. Ну и конечно же параллельно вторичной обмотке надо включить резистор 50ом, так как входное сопротивление АЦП обычно более 1ком. Широкополосный усилитель с большим входным сопротивлением и малым входным сопротивлением и небольшим усилением можно сообразить на одном полевике с p-n переходом и n-каналом и одном биполярном pnp. Если дружите с Хоровицем-Хиллом, посмотрите схему во втором томе на странице 325 рис.13.46(б). Если же только на npn-транзисторах, то что-то типа рис.13.13.
Еще один момент. Так как входное сопротивление АЦП велико, грех не воспользоваться возможностью "задаром" получить усиление по напряжению с помощью повышающего трансформатора с коэффициентом трансформации по сопротивлению скажем, 1:4. Будет дополнительный выигрыш по напряжению в 2 раза, за счет чего можно снизить коэффициент усиления усилителя и тем самым расширить его полосу. Тогда вторичную повышающую обмотку трансформатора следует нагрузить резистором 200ом.

транс в даташите даже, рекомендован для 2-й зоны Найквиста.
нафик вам транс. Он вторую гармонику тоже передаст.
Хочется на транзисторах - прямая дорога к дифкаскаду (выход дифференциальный это уже хорошо) с гальванической связью ко входам АЦП.
Лучше конечно ДИФ_ОУ специализированный, но раз нельзя.... значит нельзя.
Вам с выхода дифкаскада надо-то всего-то по 0,5 вольта амплитуды (это 1V p-p) получить для 2V p-p на входе АЦП.

Интересно все-таки почему только на транзисторах? Если с приемкой дык раньше была 171УВ2. Может сейчас более что-то есть.
А вообще http://www.cse.psu.edu/~chip/course/analog...terfaceCKTs.pdf - где-то начиная со стр 6.23. Есть еще http://www.ti.com/lit/an/slaa416a/slaa416a.pdf .
Мы все-таки ставим трансы 1:2(на широкую полосу) или 1:4 на пониже. Почему-то. Чисто субъективно - гармошек меньше.
Еще почитать можно.
http://www.analog.com/library/analogDialog...rmer_vs_amp.pdf
http://www.analog.com/library/analogDialog...transformer.pdf
Никто не даст законченных рекомендаций. Выбирать придется самим.
PS.У Хоровица-Хилла надо давать редакцию - у разных годов разное размещение глав и тем.

Спасибо всем.

Мне бы усилитель с трансформатором на выходе...

Насколько я понимаю, выходное сопротивление первой схемы 1 кОм, а второй - R4? А как же 50 Ом?

Попробую подумать, спасибо.

Тоже интересно, спасибо.

Если Вы на счет 171УВ2, то ее делала московская "Дельта", ныне офисный центр. И больше ничего. Их серийный завод ЕМНИП Эллинг вроде тоже исчез из просторов электроники.
С усилками раньше, типа AD8138 была проблема в резком росте гармошек выше 40МГц, сейчас гармошки в минус 80 при 2В пик-пик в диапазоне уже нормально для многих ADA-шек, да и Тексасы тоже вроде неплохи. У трансов проблема в перекосе фазы и амплитуды на верхних частотах, превращающееся в образование четных гармошек внутри АЦП, которое ничем уже не убрать. Поэтому, если это критично, приходится, как Вы наверное читали, ставить двойные трансы 1:1 и довольствоваться 50 Омным трактом с несколько завышенными шумами. Компромисс - или палки, или шумы. Ну и усилки надо фильтровать - иначе их шум распределяется сразу на несколько Найквистов, в свое время наступили на эти грабли с LT5514 - не зафильтровали правильно. Не знаю, какие требования у Вас по гармошкам/шумам, но на дискретах у нас получалось более-менее только по балансной схеме Нортона. Например, http://www.cliftonlaboratories.com/Documen...2A%20Manual.pdf , но слегка изменив данные сердечников для сдвига диапазона вверх. У них используется 2SC3357, с приемкой можно применить, наверное, 2Т657А-2 или 2Т682А-2

Сейчас 171УВ2 должно делать ОКБ МЭЛ. Что-либо поновее на эту тему я не нашёл. Требования по гармоникам до сих пор в этих схемах не формулировались, по шумам -жёстко.

Можно еще здесь http://pulsarnpp.ru/index.php/2010-06-25-10-46-19/-1432 глянуть. Вроде Alex_IC оттуда

Выходное сопротивление двухкаскадных усилителей на транзисторах, охваченных общей ООС, вообще, не равно номиналам каких-то резисторов, а определяется внутренними параметрами транзисторов и глубиной обратной связи. У первой схемы будет явно меньше 1ком. Если дружите с микрокапом, можете проверить.
Если уж Вас соблазнили микросхемными усилителями, то лучше AD8352 и THS4509 не найти.
Трансформаторы можно смело применять. На этом 12-битном АЦП вы этих блошек, которыми Вас стращают, просто не увидите.

ADA4927-Х неплохи. Лайнеары тоже неплохи. Но Нортоны мне нравятся больше. По шумам.

Это смотря что потом с сигналом делать. Из 12 бит можно вынуть и побольше. Умеючи.

Это да. Но мне бы для подачи на трансформатор надо намного меньше 50 Ом, так?

Меня ещё не до конца соблазнили единственной микросхемой 171УВ2, потому что она есть в перечне МОП и имеет некие документированные специальные свойства. AD и THS я ставить не могу, иначе бы не открывал эту тему. Конец соблазну может наступить, когда я получу от завода данные по шумовым параметрам этого усилителя. Нормальной спецификации на него мне найти не удалось. На сайте у них лежит типа издёвка. И АЦП будет совсем не этот, просто в его datasheet оказалась под рукой удобная картинка.

Я и хочу применить, но никогда с ними не работал. Хочу понять, как на них грамотно подать сигнал. Как снять - есть понятная схема в описании АЦП 9008ВГ1Я.
Если перед трансформатором поставить просто эмиттерный повторитель, то как понять, какой через него гнать ток, чтобы не замучила отдача на отрицательной полуволне? И возможно ли такое в принципе? Операционник ставить - свои вопросы есть. Может, у кого-то есть готовая схема драйвера подобного трансформатора на дискретных элементах?

Эмиттерный повторитель применить можно, но для высоких частот лучше применить такой как в книге Титце-Шенка, симметричный для обоих полуволн на четырех комплементарных биполярных транзисторах. Выходное сопротивление повторителя должно быть меньше 50ом, тогда последовательно с выходом его должен быть включен согласующий резистор с сопротивлением, дополняющим выходное сопротивление повторителя до 50-и ом.

А как прикинуть, чему равна индуктивность обмоток такого трансформатора? Я хочу его моделировать.

500 Омов импеданс на нижней частоте , для прикидки индуктивности

Спасибо. Извиняюсь за вопрос: а почему?

500 это 0.5 дБ в согласованных 50 омных цепях. Больше дБ обычно на верхах полосы допускают, а увеличивать индуктивность ради нижней границы и портить верхнюю в широкополосном трансе - нехорошо. имхо.

А вот такие ещё вопросы.
Про этот трансформатор сказано: 1:1 Impedance Ratio. Означает ли это, что коэффициент трансформации тоже 1:1? И для чего он задаётся: для всей вторичной обмотки или для каждой из её половинок?
Можно ли этот трансформатор считать идеальным в его паспортной полосе частот?
Что будет, если его нагрузить не на 50 Ом, а на другое сопротивление? Например, на 1 кОм?

Для каждой из половинок
Поубивал бы даташитопейсателей за то что они явно это не прописывают - возникают оправданные непонятки

идеального в реальном мире ничего нет, но с определенной точностью 0,5-2 дб неравномерности в полосе , если ей перенебречь , то можно считать идеальным

сузится полоса , особенно снизу , сверху будет больше неравномерность

Ага. Вот именно повбывав бы. Как раз две минуты назад пришлось искать свосьмиренный транс для Е1 для цирруса. 1:2СТ - все-таки здесь вся первичка - ко всей вторичке. Но хорошо хоть СТ говорит, что отвод посерединке. И это 1:2 по виткам. Не по импедансу. У ADT4-6T импеданс ратио 1:4 ко всей вторичке, а не к каждой полуобмотке.
Заставил себя глянуть даташит ETC-шки. Есть сильное подлозрение, что это pri:sec 1:1. А CT - для смещения.

Спасибо большое.
И ещё вопрос. Как правильно согласовать такой трансформатор? С источником сигнала понятно: его выходное сопротивление должно быть 50 Ом. А как правильно нагрузить? Варианты:
1) параллельно каждой вторичной обмотке подключить по 100 Ом, и тогда входной импеданс трансформатора будет 50 Ом?
2) параллельно каждой вторичной обмотке подключить по 50 Ом, чтобы каждая из них работала на 50 Ом?

Ну что тут сказать - все может быть
Очень даже


как правильно заметил Ledum, и с учетом того что в ДШ на AD9235 прописан на фиг 54 этот транс а на другой фигуре нарисовано 2Vpp не первичной обмотке, то Вам для это транса может понадобиться по 25 Ом на каждую половинку. Хотя опять же те-же самые ADIшники в схеме AD9235 нарисовали по 36 Омов для вашего транса (фиг 54) и добавили впараллель R2 номиналом ХХ. Где-то так плюс минус сэм-восэм.

А как правильно-то? По науке? Чтобы и на входе, и на выходе было по 50 Ом?
В руководстве по АЦП 9008ВГ1Я, который у меня будет, на схеме по 25 Ом.
У AD на плате для 9235 трансформатор ADT1-1WT, он 75-омный, его грузят на 36 Ом.
Собрана статистика по двум схемам. Значит, надо грузить половинки вторичной обмотки на половину паспортного импеданса? Тогда входной импеданс нагруженного трансформатора будет равен 12,5 Ома. Жаль, совсем мало останется от сигнала. Или как?

Правильно так - узнать у даташитопесателей чему равен коэфициент трансформации в каждую вторичную полуобмотку. Или измерить самому по живому трансу.
Если 1:1 то 2 по 100 Ом
если 1:0.5 то 2 по 25 Ом

Ой, а можно я еще поморочу Вам голову? 9008ВГ1Я. Двухканалка 20МГц. Двухканалка оттого что надо квадратуры цифровать?
Оцифровывать надо до 60МГц я так понял. А как выфильтровывать Найквисты? Либо завороты спектра, либо дырки в районе раздела зон. Либо надо оперативненько менять клоки с правильной сменой фильтров, чтобы зоны перекрывались. Или не весь диапазон интересует? От вида необходимой фильтрации зависит структура драйвера АЦП.
Mode, я так понял, к клокам не относятся, значит клок общий и перемежающую оцифровку для увеличения клоковой не сделать?

Сами мы не местные... Как бы спросить? What is Impedance Ratio for each secondary winding - так им будет понятно?

Конечно! Мне нужно оцифровать вот такое: http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=86527&hl=. Выше 60 МГц полезно уже давить, но это не очень критично. Ниже 100 кГц не пускает трансформатор, а то бы я от постоянного тока работал. В радиовопросах я ничего не понимаю, потому исходное назначение всех этих деталей мне непонятно. Двухканалка - потому что другого с ВП на такую полосу я не нашёл. Клок там общий, да, неудобно, но в моём случае сойдёт.

Ой, тогда я пас. Здесь я уже всю математику подзабыл. Нижняя, мне кажется, нужна не меньше 1/период - т.е. 10МГц, никакие 100кГц не нужны, а вот верхняя... Ограничится только полосой Вашего усилителя или емкостями датчика, если усилителя нет. Но 20МГц АЦП здесь явно мало, даже если на один канал отфильтровать второй Найквист, а на второй канал - третий Найквист и потом уже математикой попытаться что-то восстановить.

А чем эти схемы не угодили: CN0238, CN0259?

Я так понял, МОП44 ключевое слово. Проблема еще та. Иначе поставили любой АЦП с оцифровкой больше 150 и горя не знали бы.

И зачем вам тогда трансформатор для такого сигнала ? что достигается его применением?
имхо, можно обойтись и без него , и даже нужно
Привяжите клоки 20МГЦ к синхроимпульсу в сигнале (10МГц ?) с фиксированным зазором во времени и оцифровывайте по двум точкам А и Б, ширина полосы пропускания аналогового входа АЦП позволяет Вам иметь неплохие отсчеты в интересных точках, потому что Вы будете проводить оцифровку на границах всех ближайших зон Найквиста, где как раз и сосредоточена вся нужная Вам информация ( в частотной области). При этом ограничение полосы сигнала трансформатором как снизу так и сверху только ухудшит точность этих отсчетов.
Хотя Вам нужна "разница между Б и А" и можно вроде бы пренебречь этой постоянной составляющей, используя трансформатор как Вы захотели, но на точность это повлияет только отрицательно. Не катастрофически, а так , порядка 1% при полосе снизу 0,1 МГц. В то время как нелинейность упомянутого АЦП гораздо лучшее.

Чтобы получить дифференциальный сигнал для дифференциального входа АЦП.

Именно так, МОП44.

Хорошо бы при этом иметь и соответствующий сигнал, полезная информация в котором содержится в симметричной амплитуде для обеих его полярностей. У вас же для "улучшения" сигнала перед АЦП, неплохо было бы вообще обрезать тот синхроимпульс, оцифровывать который нет никакой необходимости, и подать такой подрезанный и усиленный сигнал на вход АЦП , полезная амплитуда которого будет односторонней, хоть с трансформатором, хоть без него. При этом можно (имхо - нужно) вообще искуственно сместить рабочую точку входа АЦП для расширения динамического диапазона "полезной части" сигнала и улучшить параметры системы. Но этот бонус только в обмен на отказ от трансформатора.

to тау То есть Вы мне советуете отказаться от дифференциального сигнала на входе АЦП?

Извиняюсь, что опять встряю, как Рабинович. Но. Мне кажется, как бывшему помощнику по науке у шефа типа НИИЧЕГо, что здесь идеологически неправильно построено.
Для начала ЦОСники должны были нарисовать модель на основании даташита датчика и ТЗ на систему. Зашумить и по-разному повыфильтровывать - посмотреть допустимые пределы требований к системе оцифровки. Если ЦОСников нет - тупик. Если ЦОСники есть, но они не могут сгенерить модель, то и обработать данные врядли смогут. Опять тупик. Далее, могут и сделали. На основании этого для начала оцифровывается сигнал любым подходящим стартеркитом или приобретается АЦП без приемки и желательно без лицензии (ну там LTM9001 какой-нибудь) - проверяется правильность модели и возможность реализации на 9008ВГ1Я , точнее быстрей всего 2-3 штуках этих сдвоенных АЦП в параллель на разных Найквистах, придется покувыркаться с задержкой клоков на решение апертурной задержки схемы выборки-хранения АЦП. В Киеве я бы Вам нашару оцифровал 12 битами от 10 до 240МГц (может кто в Питере за интерес/пиво/символическое вознаграждение оцифрует). Но наши ЦОСники задачу сшивки Найквистов не решили бы, не знаю как Ваши.
Здесь возможен вариант Б.
Проводится конкурс мисс КБ, и "инженер по работе с заказчиком" отправляется танцевать канкан в Военную Приемку с http://www.cta.ru/cms/f/356562.pdf и РД В 319.04.35.00 01. "Положение о порядке применения электронных модулей, комплектующих изделий, электрорадиоизделий и конструкционных материалов иностранного производства." (Хотя вроде есть обновление http://electronix.ru/forum/index.php?showt...mp;#entry991433 )Возможно придется привлечь сторонние территорию, силы и оборудование (погуглить Vip отдых и эскорт услуги в Питере).
При удачном решении вопроса берутся в зубы ГОСТ РВ 20.39.301 и ГОСТ РВ 20.39.304 (первый ЕМНИП секретный, второй выкладывал здесь http://electronix.ru/forum/index.php?showt...st&p=916304 ) - уточняются требования по ВВФ, в зависимости от группы, дай бог окажется не 3, 4, 5.3 и 5.4. Ну и принимаестя решение о амортизаторах, герметизации и термостате (в последнем случае во вред времени готовности). И только потом думать о применении трансов.

to ledum
Здесь с идейной точки зрения ничего нового нет, такая обработка такого сигнала у нас делалась неоднократно, в том числе и я так делал. Трудность у меня с получением дифференциального сигнала для входа АЦП на отечественных деталях с ВП. Согласовывать применение импорта с нуля - в гробу я видел, всё равно извернусь на отечественных деталях, уйдёт несопоставимо меньше времени. А такой трансформатор у меня уже заложен в нужный список.

Ну дык нет смысла тогда заморачиваться. Трансы в большинстве имеют одинаковое посадочное место. ПредусмотрИте возможность установки разных нагрузочных резисторов (по номиналам). У меня на AD9230 стоит ADT4-6T c 200 Ом между концами и кондером на корпус с СТ. По 15 ом в плечах последовательно и 2.2пФ параллельно входу АЦП. Пока 1МГц до 180МГц оцифровываемых частот никакого криминала не увидел. Кому интересен он внутри - 10 витков строенным проводом на кольце с наружным диаметром 4мм и высотой 1.3мм. Индуктивность одной обмотки 270мкГн по китайскому Мастечу.

Я предлагаю отказаться от трансформатора, как источника некачественного дифференциального широкополосного сигнала . Качественный диф сигнал трансформатор способен дать лишь в относительно узкой полосе. У вас транс даст 0.5 дБ неравномерности , иными цифрами 5% искажения амплитуд полезных гармоник от периода повторения в сигнале, а они у вас в нескольких зонах Найквиста, да еще и на границах, если тактовая 20МГц . Искажения их амплитуд и фаз (линейное - трансформатором) ухудшает точность взятия отсчетов в интересующих Вас временных точках . Нужен был бы супер-пупер широкополосный и линейный трансформатор , а это значит что проще от него отказаться.

Сам же дифференциальный вход использовать можно , как можно и не дифференциальное включение входа. Не думаю что недифференциальное включение входов АЦП сделает хуже отсчеты чем кривость трансформатора в полосе 0-100 Мгц.

Перед входом АЦП должен стоять фильтр с характеристикой Гаусса и частотой среза 50-100Мгц (более точное значение можно определить задавшись временем начала плоских участков перед точками А и Б и необходимой точностью взятия отсчетов с учетом с/ш входного сигнала) . Это будет не антиалиасинговый фильтр.

IPS error замучал.
Кгм а как же даташиты на АЦП? Там все меряется только в трансформаторных схемах, практически всегда (но не всегда, есть исключения) по стартеркитам - политика у АД такая. Вроде никакой полосности трансов им хватает. Да и надо ли погрешность 0.5 дБ в, скажем 74дБ диапазоне?

Ага, это транс 4:1, 50-омный, параллельно каждой обмотке 200 Ом, то есть в 4 раза больше, чем 50 Ом. Значит, если транс объявлен как 1:1, то ему надо вешать 50 Ом параллельно каждой обмотке? Очень важное наблюдение

А вот по шумам как оно? Как влияет на шумы недифференциальное включение входов АЦП?

Дык тама маркетинг , главное чтоп картинки с графиками красивые получались в одной зоне найквиста для каких-то там синусов с комбинашками. Могут и в разных зонах - но все равно синусы не на границах и на их фазу положили с прибором. Оцифровка импульсных широкополосных сигналов с субдискретизацией - проблема не их. Типа развращают наиболее частоупотребительным примером применения. У ТС нестандартная задачка, не описываемая стандартными даташитами.


а когда 40 дБ диапазон , то 0,5 уже плохо ? надо 0,2 ?
Представьте что амплитуда входного сигнала между точками А и Б по картинкам ТС не поменялась, а начало сигнала с уровнем Б во времени сдвинулось. Фазы гармоник верхних зон резко подвинулись. На выходе АЦП допустим поимели из-за этого новую разницу между А и Б точками в 1% ( ну или 0.5%) , которой не было во входном сигнале. Причем абсолютная погрешность этих обеих величин вообще за рамками 10%, например. Много или мало это топикстартеру? - боюсь что пока он сам не знает, раз не написал, но ему-то хочется как можно лучше или по крайней мере минимально накосячить, невзирая на абсолютную погрешность, которая скорее всего менее актуальна чем относительная погрешность рядом стоящих измерений.

по шумам могу сказать что в другом АЦП у меня использовано недифференциальное включение дифференциальных входов и шумы даже чуть меньше, чем по даташиту получились. С Вашим Ацп ничего утверждать не могу - нет опыта, но скорее всего недифференциальное включение собственные шумы АЦП не увеличивает, а только интегральную нелинейность, которая часто не приводится в даташитах , не знаю как у Вас. Дифференциальность входного сигнала важна в малосигнальных источниках, которые по землям, оплеткам, могут гнать большую помеху, заметную. Тогда дифференциальность выручает, но начиная именно от самого источника. Также документированная нелинейность для дифф включения входа АЦП позволяет надеяться на даташитовские значения, но подозреваю что Вам это неактуально, возможно даже по причине гамма коррекции сигнала ПЗС ( если использовано) там уже на интегральную нелинейность АЦП можно не заморачиваться. Или другие причины проявления какой-либо нелинейности во входном сигнале , существенно бОльшие чем нелинейность АЦП, могут не обострять эту проблему. Вот усилитель стоящий после ПЗС, от выхода которого Вы получаете сигнал - шибко линейный ?

Плохо, что один из наших ЦОСников, который занимается экранными формами сейчас заболел - у нас как раз на запуске плата - вот и сам решаю что на вход ставить. На самом деле какую-то гадость от ADT успел увидеть, но не осознать - жду, когда выздоровеет. Мне показалось, что гармошки в высоких Найквистах выше, чем на входе. Он выпал на моменте, когда мы ФФТ переносили из тачки в новую для нас Алтеру. Оргпроблема.

Ну да, нелинейность меня не очень беспокоит. Беспокоят настойчивые рекомендации всех datasheet-ов использовать дифференциальный сигнал.

Смотрите сами что получается. Предположим что у вас есть дифференциальный сигнал амплитудой по каждому входу 0.45V (это сооотв 0.9Vp-p каждого входа или 1.8Vp-p для дифференциального ) а синфазное у вас установлено на уровне 1.45V . Микросхема обязана работать.
теперь мысленно, не изменяя дифференциальных напряжений, добавляете точно такое же синфазное к обоим входам . По справочному листку допускается синфазное от 1 до 1.9V . Вроде бы ничего не нарушаем. но на одном из входов размах напряжения возрос в 2 раза и стал 1.8V, а на другом входе образовался постоянный уровень 1.45V. Это и есть случай недифференциального сигнала , приложенный к одному только входу , когда на другом постоянка.
И мы ничего не нарушили, если иное не прописано в ТУ мелкими буковками.
А рекомендации - они для красивости картинок и низких значений SFDR . Допустим, из-за несимметрии подвода сигнала, у вас упала линейность и вместо -95 db SFDR стало в 4 раза хуже , т.е. -83 dB . Вам разница есть ?

т.е. я бы делал не дифференциальный вход, на крайняк обошелся бы амплитудой 1Vpp по несимметричному входу, чем огород городить.