Многочисленны и коварны силы тьмы, стремящиеся помешать точному аналого-цифровому преобразованию аналоговых сигналов широкого динамического диапазона. Среди этих гремлинов притаились синфазные шумы напряжения и сигналы, амплитуды которых слишком изменчивы, чтобы полностью использовать входной диапазон АЦП и разрешение преобразования. Проверенные заклинания против синфазного шума – это дифференциальные входы, а изгнать переменные амплитуды сигналов можно, реализовав усиление с цифровым программированием. Обе полезные функции сочетают в себе инструментальные усилители с цифровым программированием усиления (Рисунок 1).
 |
|
| Рисунок 1. | Поведение схемы с RC цепью по-прежнему остается простым, когда резисторы заменяются активной схемой, синтезирующей отрицательное сопротивление. |
Такие программируемые усилители выпускаются в монолитном исполнении, например, LTC6915. Но эта статья описывает схему, основанную на концепциях «плавающего» конденсатора, дифференциального входа и экспоненциально нарастающей функции времени, совокупность которых представляет интересную альтернативу.
Работа схемы управляется битом выбора режима УСИЛЕНИЕ/СЛЕЖЕНИЕ. В режиме слежения плавающий конденсатор C подключается к инвертирующему и неинвертирующему выводам дифференциального входа, в результате чего на них оказывается подано входное напряжение VIN. Переход в режим усиления изолирует C от входа и инициирует регенеративное экспоненциальное усиление входного напряжения с отрицательной постоянной времени. С этого момента [1] и до того, как подключенный АЦП в конечном счете произведет выборку и преобразование выходного напряжения, усиление G = VOUT/VIN представляет собой экспоненциально нарастающую функцию времени:
Эта новая схема, основанная на преимуществах более ранней конструкции, имеет коэффициент подавления синфазного сигнала (CMR), значение которого не ограничивается ни согласованием сопротивлений резистивной цепочки, ни CMR операционного усилителя. Единственные ограничения связаны с проблемой паразитных емкостей, но эти проблемы можно минимизировать путем тщательной компоновки схемы. Схема имеет rail-to-rail входы, практически неограниченный программируемый коэффициент усиления и разрешение установки усиления, зависящее только от ограничений времени усиления. Кроме того, время установления схемы в 10-100 раз меньше, чем у микросхемы LTC6915, а амплитуда выходного сигнала, которая может достигать ±10 В, в два-четыре раза больше, чем у монолитных усилителей с цифровым программированием усиления. Помимо точности по постоянному току выбранного операционного усилителя, единственными ограничителями реальных характеристик схемы являются точность и повторяемость временных параметров при формировании экспоненты, время выборки АЦП и стабильность постоянной времени RC. В демонстрационной схеме при T = 14.4 мкс ошибка времени усиления в 1 нс соответствует ошибке программируемого коэффициента усиления, равной 0.007%.
Ссылки
- W Stephen Woodward. “Усилитель с цифровой установкой коэффициента усиления использует экспоненциально нарастающую характеристику”
Купить LT1214 на РадиоЛоцман.Цены
