一种单端/差分信号到各种差分信号的通用转换电路

一种单端/差分信号到各种差分信号的通用转换电路

技术领域

本发明主要应用于两个方面，所有差分ADC的输入电路和通讯线路的差分输入输出电路。也就是说，所有需要各种差分信号的电路，都可以使用本发明。使用起来，方便、实用、简单、可靠。

背景技术

目前高端ADC绝大多数都是差分输入。单端或差分信号转换成差分信号的方法目前主要有以下两种：

1、利用专用芯片---典型电路大概以ADI公司的专用芯片LTC6363，LTC1992 为代表了。而且LTC6363用起来更加方便、简单和实用。如图1所示，是LTC1992 给出的原理性框图，LTC6363则连原理框图都没有给出。LTC1992虽然给出了原理性框图，但具体是如何实现的，那就是人家公司的专利了。

2、利用流行的通用转换电路，用符合要求的一个双-运放进行搭建—如图2 所示。

由上面背景技术所阐述的内容可以看出：

第一种方案，即使用专用芯片确实方便，简单可靠。但是它的缺点也是显而易见的，就是专用芯片的精度等级，各项技术指标也都是固定死的，无法改变。如果用户电路的要求高于专用芯片的等级，则上述专用芯片无法满足要求，例如当要求超低噪声以及非常严苛的直流指标时，这种专用芯片就不行了。

第二种方案，这是目前通用的转换方法，虽然可以选择符合用户需求的运放，但是实现起来比较麻烦，而且每次都得进行复杂的计算，并设定一大堆的电阻参数，当用户的需求有所变化时，所有这些元器件的参数都要一起重新计算和设定，使用起来非常的不方便，需要的硬件设计水平也非常高。

综上所述，如上2种方案的转换电路在实际使用中存在下述缺点：

D1、使用简单、灵活、可靠的专用芯片，则不能满足用户的特殊需求以及高精度等级的要求。

D2、若想克服上述缺点，满足用户需求，则使用起来就没法简单、灵活、可靠。普通硬件工程师胜任难度比较大。

D3、对硬件工程师水平要求较高，一般研发工程师很难胜任，从而再一次增加研发成本和时间成本。

发明内容

本发明就是为了克服上面提出的3个缺点(D1、D2、D3)。实际设计中，一直期望用一个用户可以自由选择的双-运放，来构建一个功能和灵活性与LTC6363 完全一样的转换电路。这样既能满足用户的各种高级需求，使用起来又能简单、方便、灵活。就像是使用一个专用芯片一样，对硬件工程师的要求也就不用很高了。

本发明就是在实际设计当中产生的，它完美的融合了图1和图2两种方案的优点，去掉了它们各自的缺点，可以满足用户的各类苛刻的需求。

技术方案

本发明的发明过程和演算步骤见图3，图3电路虽然已经可以使用了，而且效果很不错，但还缺少最具灵魂的一步。若把图3电路继续改进，这一步非常关键，是本发明发生质的飞跃的地方。就跟LTC6363外在的功能完全一模一样了，如图4所示。

图4电路有如下特点：

F1、两个输入端：VIn；VIp。当一端接地时，可以实现单端同相/反相输入。当两端都接信号时，可以实现差分输入。这就涵盖了输入信号的各种可能性。

F2、两个输出端：VOp；VOn。可以实现差分输出。另一个输入端：Vocm 可以设定差分输出的中轴电压为任意值，例如Vocm接地时，就是正负对称的差分输出，当Vocm＝2.5V时，就是以2.5V为中轴的，各端都是正值的±5V 的差分输出，等等。这样输出就涵盖了所有可能的差分应用。

F3、若把该电路看成一个专用集成芯片，那么它只有六个管脚，比LTC6363 还少三个，比LTC6363多三个固定电阻R3；R4和Rc，这三个电阻在1k到几十k之间是任意的。其精度要求视实际应用而定，一般随着运放来选择精度等级。另外八脚运放可以根据自己的情况随意选择。

综上所述，该电路的应用和功能与LTC6363几乎是完全一模一样，但是应用范围，由于可以选择任意的运放，所以相当于扩展了LTC6363的功能。使这种转换电路可以应用到任意精度等级的实际电路中。

本发明技术方案带来的有益效果：

由上面的发明过程和原理推导可以看出，本发明其实就是扩展了LTC6363 的应用，使其可以应用到用户的任何场所，以及任意的精度等级。相当于重新发明了一个与LTC6363的使用方法、方便实用等性能一模一样，但应用范围却扩大到无限的专用芯片。所带来的直接好处和有益效果就是：

G1、转换电路统一规格化了，使用起来与LTC6363完全一模一样。降低了硬件工程师的水平要求，同时也降低了测试和调试难度，因而显著的降低了研发成本和时间成本。

G2、能满足用户的任何要求，应用范围涵盖了所有能用到这种转换电路的场所，使这种电路成了万能转换电路。完全可以看成一个万能的专用转换芯片，使用起来方便、简单、可靠。

具体实施方案如下：

由于本发明本质上是扩展了专用芯片LTC6363的应用范围到任意精度等级，所以下面的具体应用方案还是参照LTC6363来说明。LTC6363作为ADC的输入电路时的典型应用，如图5所示，其中LTC2512是24位精密高速ADC。

如果把图5中的LTC6363用此处发明的电路图4来替代，就成了图6的实际应用电路.

从图6不难看出，用一个任意精度等级的双运放，加上三个固定的电阻，就可以实现LTC6363的全范围性能扩展，这正是本发明的关键所在。

附图说明：

图1为运放LTC1992的原理性框图

图2为通用信号转换电路

图3为本发明的发明过程和演算步骤

图4为根据图3电路的继续改进

图5为LTC6363作为ADC的输入电路时的典型应用

图6为把LTC6363用此处发明的电路来替代后的实际应用电路。