Простая схема ограничения и сдвига уровня для параллельного АЦП

Журнал РАДИОЛОЦМАН, апрель 2019

Alfredo del Rio

EDN

В спецификациях многих параллельных АЦП, таких как выпускаемый Texas Instruments ADC1175, рекомендованный диапазон входных рабочих напряжений составляет от 0.6 до 2.6 В. Однако в некоторых приложениях требуется дискретизация симметричного входного аналогового сигнала. Описанная в этой статье схема преобразует симметричный входной сигнал от –0.2 до +0.2 В в сигнал рекомендованного для АЦП диапазона от 0.6 до 2.6 В (Рисунок 1). Кроме того, схема не позволяет выходному напряжению опускаться ниже потенциально опасного для АЦП уровня –0.3 В.

Рисунок 1.	Добавление R3 и D1 к обычной схеме операционного усилителя превращает его в ограничитель. Уровень ограничения определяется компонентами R3, D1, R4 и R5. Добавление тока IDC позволяет смещать постоянный уровень выходного напряжения.

Для получения широкой полосы пропускания в схеме используется сдвоенный операционный усилитель с токовой обратной связью AD8002. Коэффициент усиления напряжения первого неинвертирующего усилителя (IC_1A) равен пяти. Этот каскад, имеющий высокое входное и низкое выходное сопротивление, обеспечивает также согласование входного сигнала со вторым каскадом IC_1B. Основную часть работы выполняет второй каскад. Функция ограничения реализуется инвертирующим усилителем, образованным микросхемой IC_1B и резисторами R₄, R₅, к которому добавлены R₃ и D₁. Уровень ограничения задается элементами R₃, D₁, R₄ и R₅. Добавление тока I_DC сдвигает постоянный уровень выходного напряжения. Требуемый уровень смещения, в данном случае 1.6 В, устанавливается подстроечным резистором P₁.

Считая ток диода D₁ пренебрежимо малым, выражение для выходного напряжения V_O можно записать так:

Учитывая, что напряжение V_D на диоде равно 0.6 В,

Ограничение, защищающее АЦП, происходит вблизи 0 В. Повышение порога ограничения ухудшает линейность схемы в рабочем диапазоне. Другими словами, между уровнем ограничения и линейностью существует компромисс. Резистор R₈ ограничивает ток через входной вывод АЦП. Конденсатор C₂ является необязательным; он служит для ограничения полосы пропускания схемы. Блокировочный конденсатор C₁ снижает уровень помех, которые могут приходить по шине питания –V_CC.

Материалы по теме