Che cos'è un ADC differenziale?


20

In che modo un convertitore differenziale da analogico a digitale differisce da un normale ADC?

Risposte:


16

Un ADC differenziale misurerà la differenza di tensione tra due pin (l'ingresso più e meno). Un ADC single-ended ("normale") misurerà la differenza di tensione tra un pin e la terra.

Molti ADC differenziali possono essere configurati per offrire il doppio dei canali in modalità single-ended. Ad esempio, l'AD7265 ha 6 canali differenziali e 12 canali a terminazione singola.


Probabilmente avrei dovuto dire la metà del numero di canali in modalità differenziale :) Ho aggiunto l'esempio AD7265 alla mia risposta originale. Inoltre ci sono vari sistemi MUX + ADC (AD363 + AD364) che hanno 16 ingressi single ended o 8 ingressi differenziali.
jluciani,

1
È strano per me. Perché mai dovresti usare due ADC per fare il lavoro di uno? L'aspetto differenziale potrebbe essere semplicemente gestito da un amplificatore operazionale molto più economico.
endolith,

Gli ADC a doppio ingresso sono utili per quei momenti in cui è necessario campionare due segnali esattamente allo stesso tempo mantenendo basso il conteggio, le dimensioni e la potenza delle parti. Un'applicazione di esempio è l'audio stereo.
Mike DeSimone,

2
Per quanto riguarda la conversione dell'ingresso differenziale in single-ended prima che colpisca l'ADC: un ADC con input differenziale può fare molto meglio il rifiuto del modo comune rispetto alla versione con amplificatore esterno, perché non ha uno stadio single-ended per raccogliere il rumore con e può essere calibrato per minimizzare l'offset in fabbrica. Infine, un ingresso differenziale può fornire 6 dB di guadagno su un ingresso single-ended, poiché ogni gamba della coppia può attraversare l'intero intervallo di tensione di ingresso (ad esempio con una singola guida da 5 V, è possibile campionare da -5 V a 5 V, non solo da 0 a 5 V).
Mike DeSimone,

1
Questo è analogo al tuo oscilloscopio a doppia traccia che ti dà due tracce single-ended (usando la clip di terra di ciascuna sonda) o una singola traccia differenziale con entrambe le sonde (modalità X - Y, terreno ignorato).
Kaz,

8

Un normale ADC campiona i suoi ingressi nell'intervallo da 0 V a AVcc, dove AVcc è spesso configurabile (5 V, 2,56 V, input utente ecc.).

Un ADC differenziale sposta il riferimento inferiore da 0 V ad un altro valore: un ingresso utente su un secondo ingresso analogico o un riferimento interno. Ciò è utile per misurare piccoli segnali con un grande offset CC, ad esempio misurando variazioni di 100 mV nell'intervallo 2,5-2,6 V.

Le letture per tensioni inferiori all'offset dipendono dall'hardware: possono fornire letture negative, valori assoluti o zero.

Un'applicazione tipica è in una cella di carico che presenta una piccola variazione di tensione in corrispondenza di alcuni offset CC.


5

Come altri hanno detto, ha due ingressi per ciascun segnale, uno dei quali viene sottratto dall'altro.

Questo ti dà più rapporto segnale-rumore perché

  • Il livello massimo di ingresso è 6 dB più alto
  • Il rumore non correlato dei due ingressi si combina per essere solo 3 dB più alto
  • Annulla qualsiasi rumore di modo comune. (Se la tensione di terra dell'ADC sta fluttuando rispetto alla terra della cosa misurata, ad esempio, entrambi gli ingressi si sposteranno su e giù insieme e questo verrà annullato. Se i due ingressi sono entrambi pilotati dallo stesso amplificatore operazionale e parte del rumore dell'alimentazione sta entrando in entrambe le uscite, che verrà cancellato. ecc.)

3

È difficile dire esattamente di cosa stai parlando senza un riferimento, ma suppongo che tu stia parlando di un ADC che ha un input di coppia differenziale.

Le coppie differenziali sono elementi intelligenti che consentono di raddoppiare l'oscillazione della tensione percepita senza aumentare l'alimentazione e indurre rumore aggiuntivo. In sostanza ciò che accade è che invece di avere un segnale riferito a terra, i due fili sono totalmente opposti; quando una linea è a + 1,3 V, l'altra è a -1,3 V. La tensione di entrambe le linee a terra è solo di 1,3 V, ma poiché l'ADC sta convertendo la differenza di tensione su questi segnali, si dispone di 2,6 V.

Presumo che tu stia parlando di ADC che campionano segnali differenziali.

Le coppie differenziali vengono utilizzate ovunque tu voglia limitare le tensioni indotte. Ethernet e USB sono entrambi segnalati in modo differenziato. Molta RF è segnalata in modo differenziale. Se vai a caccia su Google troverai MOLTE altre informazioni.


La segnalazione differenziale riduce la quantità di interferenza emessa in altre cose. Le linee bilanciate con ingressi differenziali riducono la quantità di interferenza raccolta da altre cose. Di solito sono combinati, ma non devono necessariamente esserlo.
endolito il

1
Bene, se sei sull'estremità ricevente di una coppia differenziale, lo stai facendo per l'immunità al rumore. Se sei sul lato trasmittente, di solito lo stai facendo per le emissioni e / o l'immunità al rumore. Immagino di non averlo chiarito abbastanza.
akohlsmith il

3

Un altro punto non ancora menzionato è che un tipico ADC progettato per risolvere segnali da 0-3 volt con una precisione di un millivolt (12 bit) potrebbe non avere molto meglio della precisione di un millivolt quando si cerca di risolvere un segnale differenziale di 0,1 volt su una segnale in modo comune a due volt (ad esempio potrebbe avere 8 bit di precisione utile), mentre un ADC progettato per risolvere piccoli segnali differenziali sarebbe in grado di funzionare molto meglio; un ADC a 12 bit potrebbe essere progettato per tali scopi per fornire 12 bit di precisione utile con un segnale di 0,1 volt senza dover essere progettato per fornire 16 bit di precisione su un segnale più grande).


1

Un ADC differenziale è un dispositivo a due terminali. In linea di principio prende la differenza tra le tensioni sui due terminali e la converte in un numero binario del complemento di 2. Direi che è comune vedere questo tipo di ADC usato per segnali che variano attorno a GND, poiché in linea di principio le conversioni negative hanno significato in questo contesto. Un ADC single-ended è un dispositivo a un terminale, in cui la tensione viene convertita in un numero binario confrontandolo con un riferimento interno (diciamo a terra). In genere vengono utilizzati per sensori che hanno emesso una tensione lineare in proporzione al fenomeno che stanno rilevando.


Solo per chiarire che ciò che un ADC emette come dati digitali è indipendente dall'implementazione dei circuiti analogici. Ad esempio, TI ADS8519 è un ADC differenziale che consente all'utente di scegliere un binario lineare o un output a complemento a due.
spade78,

@ spade78 presumo che per "binario dritto" intendi "binario non firmato", giusto?
Vicatcu,

Non tanto con segno o senza segno, più come il modo in cui i codici bit sono associati alle tensioni. Il binario dritto è definito nell'ADS8519 come 0 binario che viene mappato sulla guida negativa, il binario 32768 rappresenta 0 V e il binario 65535 (è un dispositivo a 16 bit) viene mappato sulla guida positiva.
spade78,

1
Alcuni dispositivi ti consentono di scegliere la codifica, di solito tra firmata e non firmata. Curiosità: tutto ciò che fanno di solito è invertire la parte alta.
Mike DeSimone,
Utilizzando il nostro sito, riconosci di aver letto e compreso le nostre Informativa sui cookie e Informativa sulla privacy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.