差分信号和差分电路讲解 差分放大电路应用

1、什么是差分信号？为什么要用差分信号？

两个芯片要通信，我们把它们用一根导线连接起来，一个传输 1，另一个接受 1，一个传输 0，另一个接受 0，不是很好吗？为什么还要搞其他的花花肠子。

因为有干扰，各种各样的干扰，比如温度，电磁辐射等等，这些干扰使得传输的 1 不再是理想的 1，传输的 0 也不再是理想的 0，但是这些干扰几乎都有一个共同的特点，就是它对这条导线的干扰和它对这条导线附近导线的干扰是一样的。

利用这个特点，我们用两个导线传输信号，一条导线传输我们要传输的信号 1010，另一条导线传输和他相反的信号 0101，在接收端，我们把这两个信号做差，那么就会接收到 1 -1 1 -1 这样的信号，再通过电平转换或其他的手段就可以恢复出 1010 这个我们要传输的信号。干扰在做差的过程中被消除掉了。

2、差分放大电路基本结构

所有的电子元器件的特性都会受到温度的影响，其中半导体材料受到影响的程度最大。对于 PN 结来说，温度系数为 -2.5mV/°C，表示温度每升高 1°C，二极管或三极管的管压降就会降低 2.5mV，可以想象，温度高到一定程度的时候，二极管的正向导通反向截止的特性也就不存在了，所有的半导体都无法正常工作了。

在共射放大电路中，电路基础：Lec16- 共射放大电路的设计，温度的变化会产生三极管基极和发射极之间电压的变化△Ube，这种现象成为“温漂”。

利用差分信号的思想，我们建立上面电路图，输入端（Ui1-Ui2），输出端（Uo1-Uo2），就可以解决温漂的问题。温漂干扰在做差的过程中被消除掉了。

3、长尾式差分电路

一个更实用的设计是采用长尾式差分电路，如图所示，这个电路可就厉害了，它可以

单端输入，单端输出，放大倍数是普通共射放大电路的 1/2 倍。单端输入，差分输出，放大倍数是普通共射放大电路的 1 倍。差分输入，单端输出，放大倍数是普通共射放大电路的 1。差分输入，差分输出，放大倍数是普通共射放大电路的 2。这个电路之所以强大，是因为当温度变化时，产生了△Ube，但是它通过引入一个恒流源补偿△Ube，从而使 Re 两端的电压保持不变，这样流过 Re 的电流也不变，导出流过 Rc 的电流不变，最终输出的 Vo 不变。

其中，ui 表示输入信号，ube 表示三极管基极和集电极之间的电压差，它是温度的函数。现在我们只考虑温漂，ui 保持不变。只看温度变化对输出的影响。对这个式子两端求导可得下式，这个式子表明温漂引起的△Ube 会被△Ve 所补偿。

长尾式差分电路的仿真结果如下，从结果可以看出当单端信号输入时，单端输出的放大倍数是普通共射放大电路的 1/2。放大倍数可以利用公式 1 对 Ui 求导推出，这里不再推导。

4. 差分电路的作用

差分放大电路对共模输入信号有很强的抑制能力，对差模信号却没有多大的影响，因此差分放大电路一般做集成运算的输入级和中间级，可以抑制由外界条件的变化带给电路的影响，如温度噪声等。你可以去找一些集成电路看一下，第一级基本上都是差分放大。

5. 差分放大电路应用

电路一：

用运放做电流采样，再用单片机 AD 采集处理。

注：

1、Rp10、Rp11、Cp8、Cp9，是对输入做的 RC 滤波，后面的 Rp15 和 Cp11 是对输出做的 RC 滤波。

2、Rp16 是为了防止运放输出不够低的现象，电阻的阻值不宜过大过小，根据运放的阻抗选择。

3、Dp6 是为了防止输出端电压过高，烧坏 CPU 的 IO 口。

4、Rp12=Rp13，Rp14=R10。Vout=Rp14/Rp12*（Vin+-Vin-）。

注：

差分放大电路不再说了，这个电路是为了避免运放到了输出低端非线性的问题。

Vout=Rc9/Rc8*（Vin+-Vin-）+基准电压值。具体的计算过于复杂，不再说明。

编码器AB相一分四信号分配器测试的一些学习心得

--今后尽量做到一周两次的学习笔记，希望能帮到你，这也是我巩固知识的一些笔记。如果对你有帮助，请点赞、分享加关注。硬件阿程在此感谢。

以后会专门做一个淘宝店，挂一些设计，包括电源等，希望大家多多支持，如果你有要开发的东西，欢迎咨询。

前两天焊接完成了编码器AB相一分四信号分配器的PCB板，这是第一版设计，焊接完调试和安装还是发现了一些问题，唉，有些是粗心，有些是自己考虑不周到。今天将测试性能给出来。

可以看到淘宝上编码器脉冲信号一分四分配器的价格都要400往上了。有用到该东西的请联系我，可提供样机测试。

一、设计方面

1.1、在本次设计中，电源设计方面出现了一个问题。

电源方面考虑到电源的稳定性，一共添加了两个二极管：在BUCK电压的输出端添加了一个5.6V的稳压二极管（D2），在5V转5V的隔离电源后加了一个5.6V的稳压二极管（D4）。

我们都知道稳压二极管工作在击穿区,利用PN结的击穿区具有稳定电压的特性来工作,稳压二极管一般工作在反向击穿区。

在设计时太粗心将D2放反了[捂脸]，上电直接烧了。（PS:大家不要学我，做设计时一定要仔细[笑哭] ）。

图1、24V转5V的BUCK电源

图2、5V转5V的隔离电源

1.2、在本次设计中，电路设计方面出现了一个问题。

设计之初，考虑使用之前常用的光耦ACPL-072L，速率25MHz，延迟最大为80ns（图4是的规格书内的参数),性能优异（图5中推挽的方式决定了它可以将延迟和速率做到很高），价格也高（图3）。这个光耦主要是起到隔离转换的作用，前端有个差分转单端的芯片，再将信号送至光耦。经计算，这个差分转单端的芯片的速率上限为5MHz。因此选择了另一个光耦EL0631（它的内部不是推挽结构，OC输出，外部需要上拉）。

图3、光耦ACPL-072L的价格

图4、光耦ACPL-072L的延迟参数

图5、ACPL-072L的器件内部示意图

介绍功能后，我们可以测试性能了。图6是功能设计图。

图6、应用电路图

我们在该pcb输入端添加编码器差分线信号后，输入输出分别用差分探头配合示波器进行测试。测试波形如下：频率100Khz

图7、黄色为输入，蓝色为输出

图8、延迟时间

如上图8所示，测试发现输入和输出的延迟时间为180ns，查EL0631的规格书后，发现最大延迟时间为200ns。此时考虑这个延时时间是不是可以尽量缩短，将图6中的R49、R35电阻更改为510R,再次进行测试。测试结果如图9所示，延时时间为150ns，时间缩短了30ns，这是这个光耦的极限了。150ns在这个设计中足够使用，因此以后就用EL0631。

图9，R49、R35电阻更改为510R后的延迟时间

二、外壳方面

考虑到成本和出货量的问题，选择了公模，图10就是这个公模的图片。图11是店家说明，未考虑到两侧凹槽的长度，因此PCB设计成95mm长，回来安装后发现松松垮垮的，这个需要改板验证。

图10、外壳

综上，本次设计一共出现了两个低级错误，分别是外壳和稳压管的应用，有一个是外壳的尺寸问题欠考虑，希望大家吸取我的教训，也希望对你有帮助。最后希望有小伙伴用到这个的可以考虑使用我设计的产品，欢迎骚扰。

相关问答

哪种数模转换芯片性价比最高?

目前,市场上的主要视频信号转换芯片是不均匀的,可以单独制造或与多个桥接芯片一起制造。通过近年来使用该项目的经验,下面我们将介绍各种类型的数模转换芯片...

功放音频差分IN+,IN-输入如何转化为单端输入IN?通过电阻，电...

[最佳回答]华能阳光电气是专业生产开关特性分析仪、电线电缆燃烧试验机、放电球隙、并联谐振公式、放电球隙、lc谐振、电力变压器有载开关测试...

【RS485采用差分信号负逻辑,6V表示0,--2V表示1.用一对双绞线...

[最佳回答]对于RS485,用一对双绞线A、B传输,A、B端不需要公共地线,因为是差分信号.直接使用集成电路芯片MAX485就可以支持TTL到RS485了.对于RS485,用一对双绞...

fpga可以输出负信号吗?

是的,FPGA可以输出负信号。FPGA是一种可编程逻辑器件,可以通过配置内部逻辑电路来实现各种功能。在FPGA中,可以使用差分输出或者单端输出来产生负信号。差分输...

大侠们急需赐教！HT4832的主要指标有哪些？

HT4832介绍伴随着蓝牙耳机、无线麦等越来越多的便携式音频设备的出现,其电路板设计空间越来越不足;推出基于HT4832免电容G类耳机放大解决放案,不需...

双运放差分放大电路该如何设计?

看你用来放大什么呢,具体的电路略有差别,差别在补偿电路上。话不多说,看下边的差分放大电路的电路分析吧。电路芯片上图为典型的三运放差分放大器,其中A1,A...

485接口怎么转串口?

RS485转UART串需要使用专用的接口芯片,例如MAX485、SP485等。这种芯片是将485的平衡差分信号与串口的收发电平信号进行相互转换,从而实现UART转485。除了进行...

MS2548替代MAX13487,MAX13488,THVD1406，THVD1320-OSCHINA...

芯片具有自动换向控制功能,可用于隔离485端口,驱动器输入与使能信号一起配合控制芯片的状态,驱动差分总线。芯片内部集成热插拔保护和过温保护功能。接收器...

差分放大电路有什么作用?

差分放大电路对共模输入信号有很强的抑制能力,对差模信号却没有多大的影响,因此差分放大电路一般做集成运算的输入级和中间级,可以抑制由外界条件的变化带给电...

LVDS可以转换成VGA信号吗?可以的话怎么转换啊?谢谢等待您的...

LVDS可以转换成VGA信号。买个LVDS转VGA模块就好了,直接就可以将LVDS信号转换为VGA信号。可以通过从LVDS转成TTL的RGB,然后在由RGB转成VGA通过芯片实...