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ADS5263: 差分输入方式

Part Number:ADS5263Other Parts Discussed in Thread: , THS770006, THS4551, ADC3663, THS4541

This is the Q&A I saw on another question. If the INM can't be grounded, how can I use the ADC to measure the supply voltage? My test requirement is to detect the waveform of the power supply voltage, so I need to connect the INP near the power supply and the INM to the ground.

Amy Luo:

您好,

您是要检测电源电压的交流成分的波形还是仅是检测电源电压?ADS5263是高速ADC,如果您仅是采集电源电压值,采集的信号频率没有那么高,就没必要使用高速ADC;

ADS5263要求输入共模电压在1.5 ±0.1V,因此不能直接单端输入;如果您采集的信号是单端信号的话,可以使用单端转差分电路将输入信号转换为差分信号后再输入ADS5263,ADS5263EVM 使用指南提供了2种转换电路:使用变压器转换或使用运放转换,如下链接 第 2.3 Analog Input部分:

https://www.ti.com.cn/cn/lit/pdf/slau344

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Kenan:

你好,我们希望使用运放把单端转换为差分。关于这方面有几个问题:

可以使用一个运放既负责放大,同时负责单端转差分吗?
如果可以的话,可以推荐一款运放吗?
如果不可以,可以推荐一个组合方案吗?

我们大概的需求是:带宽20MHz以上,输入失调电压最好小于50uV,转换后的差分信号可以设置共模电压(需要匹配后面的ADC)

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Amy Luo:

可以使用一个运放即放大又完成单端转差分;

在上述ADS5263EVM 使用指南中,使用的全差分运放是THS770006,它是固定增益为2倍的运放;

满足输入失调电压小于50uV的FDA,TI只有一款,但是GBW不满足您的要求;满足带宽同时输入失调电压较小的FDA是THS4551,您可以具体看下是否满足您的要求:

https://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/ths4551.pdf

同时附上TI的全差分放大器选型链接:

https://www.ti.com.cn/zh-cn/amplifier-circuit/fully-differential/products.html#p2max=0.04;0.2

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Kenan:

你好,只有全差分放大器可以实现是吗,而且是固定增益?

我们其实想要可变增益的,类似于运放可以自己调整的。

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Amy Luo:

需要是全差分放大器,这样的运放才是差分输出;

不一定是固定增益,THS4551就不是固定增益,可以通过外接电路设定;

您需要的是可编程增益运放(PGA)或VGA 吗 

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Kenan:

你好,其实通过外界电路设定或者可编程都可以。我还是跟您详细说一下我们的应用场景吧,你看下有没有什么建议。

我们是需要监测芯片的功耗,所以需要监测电源电压和电流。

测电压的方法是下面这样:

1. 测到的V0是相对于地的电压,相当于单端,所以需要单端转成差分。

2. 需要用多个通道测不同的电源域,测不同电源域的通道需要不同的放大倍数。

3. 带宽10MHz到20MHz就足够了。

所以这里既需要可以调节放大倍数,还可以单端转差分。对于一个运放实现这两个功能,还是两个运放实现,您能分别提一个方案吗。这两种方式有什么优缺点吗?

测电流的时候是下面这样,实际测的电压是一个精密电阻两段的电压差,这种属于可以直接连ADC的差分信号吗?还是说ADC的输入必须是那种严格的有相位相反的固定共模的差分信号?

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Amy Luo:

如果单端转差分,同时放大倍数又都满足要求,那就可以使用一个运放来实现;不能满足要求的时候需要使用两个运放来解决;

您是决定使用 ADS5263了吗?ADS5263这款ADC它是需要 INxP and INxM 都有固定输入共模电压在1.5 ±0.1V的;这样的ADC不能单端输入,只能单端转差分后输入;

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Kenan:

您好,那有ADC型号可以输入那种没有固定共模的差分信号吗?还是说就算是差分信号,如果共模不是固定的,也要转换一次?

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Amy Luo:

有的,但一般不是高速ADC,您需要的采样速率是多少?因为TI根据ADC的采样率将产品分为2类,一类是 高速模数转换器 (>10MSPS);一类是

精密 ADC (<=10MSPS)  如下选型链接:
https://www.ti.com/data-converters/adc-circuit/overview.html

或者您可以把您对ADC的需求说一下吗?比如采样率、分辨率、接口类型等,我看下是否有符合您要求的其他ADC

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Kenan:

你好,ADC接口的部分我明白了,原来高速ADC一般都要求固定共模的差分信号。

对于ADC我们的要求是:

分辨率16bit
因为需要采到至少10MHz以上的频率成分,所以希望采样率20MSPs到100MSPs都可以
输出接口类型没有特别要求(输入接口您说了,基本都是固定共模的差分)。

我自己去官网筛选了一下,觉得ADC3663还可以,您也可以帮忙再确认下有没有满足上述要求的更好的选项。

其实对于ADC的front end的电路这块是也比较有疑问的,您能不能看下有没有比较合适的运放器件以及比较推荐的参考设计。关于front end电路有一些要求:

需要测到的电压最小值很小,只有0.5mV,所以需要尽可能小的Vos。然后放大倍数希望可以通过电路调整到达20倍到40倍电压幅度放大。
有些电源电压比较大,可以到达12V,所以希望可以电路调整到衰减3-5倍电压幅度。
还需要把信号转成差分以符合ADC的输入接口。

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Amy Luo:

ADC3663符合您以上要求,根据您的要求,且输入范围与ADC3663 一致的,2通道的价格差不多的ADC有以下几种:

关于全差分运放,我查看TI的最小Vos是0.175mV但不满足带宽要求,带宽可能能够满足要求的运放最小Vos=0.45mV max@25℃,GBW=850 MHz,也就是THS4541

ADC3663的EVM中就是使用的THS4541,您可以参考:

https://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/sbau366/sbau366.pdf

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Kenan:

您好,谢谢,我看到THS4551是Vos0.175mV,GBW是135Mhz,这个应该也可以吧。

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Amy Luo:

因为您的信号频率到10MHz ,而增益到达20倍到40倍,GBW至少200M~ 400M,GBW不够

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Kenan:

哦哦,了解,感谢耐心解答!

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