Схема сдвига уровня сигналов переменного тока

Сигналы переменного тока могут поступать из многих источников, и многие из них несовместимы с наиболее популярными уровнями интерфейсов, таких как TTL. Всегда существует соблазн использования разделительного конденсатора, поскольку емкостная связь убирает постоянную составляющую. Но емкостная связь иногда не работает, поскольку уровень связанного по переменному току сигнала колеблется вокруг земли, и для того чтобы сделать такой сигнал совместимым с напряжениями интерфейса, нужно добавить постоянное смещение. Кроме того, сигнал содержит постоянную составляющую V_DC, которая изменяется в зависимости от ширины импульса, и при большом размахе сигнала изменение постоянной составляющей влияет на уровни интерфейса.

Рисунок 1.	Эта универсальная схема сдвига уровня подходит для любого интерфейсного стандарта.

Эта схема образует законченный сигнальный интерфейс, измеряя постоянное смещение, добавляя соответствующую компенсацию к сигналу с удаленной постоянной составляющей и добавляя функцию регулировки уровня постоянного смещения (Рисунок 1). R₁ и C₂ образуют фильтр нижних частот с частотой среза 0.312 Гц по уровню 3 дБ, измеряющий постоянную составляющую входного сигнала. Передаточная функция описывается следующим выражением:

Когда R₁ + R₂ = R₃ и R_F = R_G, напряжение V_DC передается в выходной сигнал V_A с коэффициентом усиления единица, поскольку оно умножается на ½(2) = 1. Выходное напряжение для тех же номиналов резисторов содержит V_REF; таким образом, выходной сигнал сдвигается по уровню на напряжение V_REF, а не на V_REF плюс V_DC. При изменении коэффициента заполнении входного сигнала выходное напряжение не изменяется, поскольку операционный усилитель поддерживает его уровень постоянным.

Коэффициент усиления для напряжения V_DC должен быть равен единице, чтобы компенсировать сдвиг после исключения постоянной составляющей. Коэффициент усиления для опорного напряжения V_REF может быть больше единицы; например, если R₁ + R₂ = 3R₃ и R_F = 3R_G, постоянная составляющая равна ¼(4) = 1, а коэффициент усиления опорного напряжения составляет ¾(4) = 3. Напряжение V_REF может быть как положительным, так и отрицательным, поэтому с помощью этой схемы можно получить логические уровни TTL, КМОП или ЭСЛ. Постоянная времени C₁R₄, должна быть достаточно большой, чтобы без искажений пропустить сигналы самой низкой частоты. Сопротивление резистора R₄ не критично до тех пор, пока оно не слишком снижает размах выходного напряжения операционного усилителя. В некоторых случаях можно подобрать сопротивление R₄ таким, чтобы обеспечить устранение отражений на ближнем конце. В данной конфигурации схема легко работает с 400-мегагерцовыми сигналами, но скорость передачи данных зависит от постоянной времени, образованной резистором R₄ и входным импедансом управляемой схемы.

Материалы по теме

1. Datasheet Texas Instruments TLC071