CN120223050A 一种高性能低功耗单端转差分调理信号电路

(72)发明人陈崇焕耿剑任小培谭荣华限公司51246一种高性能低功耗单端转差分调理信号电路本发明公开了一种高性能低功耗单端转差21.一种高性能低功耗单端转差分调理信号电路，其特征在于：包括输入信号隔离调理电路、共模输入隔离调理电路、同相放大调理电路以及反向放大调理电路；输入信号隔离调理电路的一端用于接收外部单端信号，并为后级调理独立做准备；输入信号隔离调理电路的另一端分别与同相放大调理电路以及反向放大调理电路的一端连共模输入隔离调理电路的一端用于接收共模调理信号并通过共模输入隔离调理电路增加共模调理信号的稳定性；共模输入隔离调理电路的另一端与反向放大调理电路的一端同相放大调理电路以及反向放大调理电路用于将单端信号转换为差分信号，同相放大调理电路以及反向放大调理电路分别与模数转换器连接。2.根据权利要求1所述的一种高性能低功耗单端转差分调理信号电路，其特征在于：输入信号隔离调理电路包括输入端口(701)、第一输出端口(702)、第二输出端口(703)、电输入端口(701)的一端用于接收外部的单端信号，输入端口(701)的另一端与电阻R103的一端连接，电阻R103的另一端分别与电阻R104的一端以及第一放大器模块U100的正输入端连接；电阻R104的另一端接地，第一放大器模块U100的负输入端分别与电阻R102以及电容C101的一端连接，电阻R102以及电容C101的另一端均分别与第一放大器模块U100的输出端以及电阻R105的一端连接；电阻R105的另一端与第二输出端口(703)连接。3.根据权利要求2所述的一种高性能低功耗单端转差分调理信号电路，其特征在于：输入信号隔离调理电路中，电阻R102以及电容C101的另一端均与第一输出端口(702)连接，输入信号隔离调理电路通过第一输出端口(702)与反向放大调理电路连接。4.根据权利要求3所述的一种高性能低功耗单端转差分调理信号电路，其特征在于：电阻R107的一端与电源连接，电阻R107的另一端分别与电阻R108的一端以及第二放大器模块U106的正输入端连接；电阻R108的另一端接地，第二放大器模块U106的负输入端与电阻R109的一端连接，电阻R109的另一端分别与第二放大器模块U106的输出端以及电阻R110的一端连接；电阻R110的另一端与第二输出端口(703)连接。5.根据权利要求4所述的一种高性能低功耗单端转差分调理信号电路，其特征在于：共模输入隔离调理电路中，电阻R109的另一端还与第三输出端口(707)连接，共模输入隔离调理电路通过第三输出端口(707)与反向放大电路连接。6.根据权利要求5所述的一种高性能低功耗单端转差分调理信号电路，其特征在于：电阻R112的一端与第一输出端口(702)连接，电阻R118的一端以及第三放大器模块U111的负输入端连接；3电容C117与电阻R118的另一端分别与第三放大器模块U111的输出端以及电阻R119的一端连接；电阻R119的另一端分别与电阻R120的一端以及第四输出端口(704)连接；电阻R120的另一端与第六输出端口(706)连接；电阻R113的一端与第三输出端口(707)的一端连接，电阻R113的另一端分别与第三放大器模块U111的正输入端以及电阻R114的一端连接；电阻R114的另一端分别与电容C115以及电阻R116的一端连接；7.根据权利要求6所述的一种高性能低功耗单端转差分调理信号电路，其特征在于：模块U121;电阻R122的一端接地，电阻R122的另一端分别与第四放大器模块U121的负输入端、电阻R124以及电容C123的一端连接，电阻R124以及电容C123的另一端均分别与第四放大器模块U121的输出端以及电阻R125的一端连接，电阻R125的另一端分别与电阻R126的一端以及第五输出端口(705)连接；电阻R126的另一端与第六输出端口(706)连接；第四放大器模块U121的正输入端与第二输出端口(703)连接。8.根据权利要求7所述的一种高性能低功耗单端转差分调理信号电路，其特征在于：同相放大调理电路通过第六输出端口(706)以及第五输出端口(705)与模数转换器连接；反向放大调理电路通过第六输出端口(706)以及第四输出端口(704)与模数转换器连4技术领域[0001]本发明属于电子电路技术领域，具体为一种高性能低功耗单端转差分调理信号电路。背景技术[0002]单端转差分电路是实现单端信号与差分系统兼容的核心接口，广泛应用于高速ADC、射频前端及精密测量等领域。单端转差分转换电路工作时，是第一级运放的负输入端接收到来自前端的单端信号，通过第一级运放的负反馈输出相位滞后180°的单端信号；同时第一级运放输出端通过电阻串联接入第二级运放的正输入端，通过第二级运放的做跟随器电路输出同向的单端信号；以此来形成具有相位滞后的差分信号，用于后级信号调理。[0003]目前主流的实现方式是使用全差分运放，但为适配后级高速ADC芯片的低输入共模电压，通常会采用双电源进行设计，这样直接增加电源的复杂性和产品成本。由于单电源设计器件本身带宽较低，无法适配于如激光信号领域之类的高速信号调理。因此现有技术中的芯片虽然一定程度上解决了调理信号的性能问题，但存在设计成本较高和性能不足的缺陷。[0004]类似的，单端转差分电路也有双运放并联架构；单端信号通过第一级信号转换运放生成反向的单端信号，同时第一级输出信号作为第二级的输入信号，最终两级输出形成差分信号，送入后级模数转换器中；要保证信号的正常调理不仅需要调理电路使用双电源供电，同时也需要外部进行输入共模电平，现在大多使用后级模拟芯片输出的VREF或者单独使用基准源芯片提供VCM,但此类架构并不支持输入共模电平可调，可适配的ADC较少。发明内容[0005]本发明的目的在于提供一种高性能低功耗单端转差分调理信号电路，以解决背景技术中提出的现有技术中，基于双电源的方案电源复杂度高、基于单电源的方案因受限带宽导致应用场景有限、搭建的双运放转换电路的共模电平不可调以及选型成本较高且选型方案较少的问题。[0006]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种高性能低功耗单端转差分调理信号电路，包括输入信号隔离调理电路、共模输入隔离调理电路、同相放大调理电路以及反向放大调理电路；输入信号隔离调理电路的一端用于接收外部单端信号，并为后级调理独立做准备；输入信号隔离调理电路的另一端分别与同相放大调理电路以及反向放大调理电路的一端连接；共模输入隔离调理电路的一端用于接收共模调理信号并通过共模输入隔离调理电路增加共模调理信号的稳定性；共模输入隔离调理电路的另一端与反向放大调理电路的一端连接；同相放大调理电路以及反向放大调理电路用于将单端信号转换为差分信号，同相5放大调理电路以及反向放大调理电路分别与模数转换器连接。[0007]根据上述技术方案，输入信号隔离调理电路包括输入端口、第一输出端口、第二输输入端口的一端用于接收外部的单端信号，输入端口的另一端与电阻R103的一端连接，电阻R103的另一端分别与电阻R104的一端以及第一放大器模块U100的正输入端连电阻R104的另一端接地，第一放大器模块U100的负输入端分别与电阻R102以及电容C101的一端连接，电阻R102以及电容C101的另一端均分别与第一放大器模块U100的输出端以及电阻R105的一端连接；电阻R105的另一端与第二输出端口连接。[0008]根据上述技术方案，输入信号隔离调理电路中，电阻R102以及电容C101的另一端均与第一输出端口连接，输入信号隔离调理电路通过第一输出端口与反向放大调理电路连电阻R110和第二放大器模块U106;电阻R107的一端与电源连接，电阻R107的另一端分别与电阻R108的一端以及第二放大器模块U106的正输入端连接；电阻R108的另一端接地，第二放大器模块U106的负输入端与电阻R109的一端连接，电阻R109的另一端分别与第二放大器模块U106的输出端以及电阻R110的一端连接；电阻R110的另一端与第二输出端口连接。[0010]根据上述技术方案，共模输入隔离调理电路中，电阻R109的另一端还与第三输出端口连接，共模输入隔离调理电路通过第三输出端口与反向放大电路连接。电阻R112的一端与第一输出端口连接，电阻R112的另一端分别与电容C117、电阻R118的一端以及第三放大器模块U111的负输入端连接；电容C117与电阻R118的另一端分别与第三放大器模块U111的输出端以及电阻R119的一端连接；电阻R119的另一端分别与电阻R120的一端以及第四输出端口连接；电阻R120的另一端与第六输出端口连接；电阻R113的一端与第三输出端口的一端连接，电阻R113的另一端分别与第三放大器模块U111的正输入端以及电阻R114的一端连接；电阻R114的另一端分别与电容C115以及电阻R116的一端连接；电阻R122的一端接地，电阻R122的另一端分别与第四放大器模块U121的负输入端、电阻R124以及电容C123的一端连接，电阻R124以及电容C123的另一端均分别与第四放大器模块U121的输出端以及电阻R125的一端连接，电阻R125的另一端分别与电阻R126的一端以及第五输出端口连接；6电阻R126的另一端与第六输出端口连接；第四放大器模块U121的正输入端与第二输出端口连接。[0013]根据上述技术方案，同相放大调理电路通过第六输出端口以及第五输出端口与模数转换器连接；反向放大调理电路通过第六输出端口以及第四输出端口与模数转换器连接。[0014]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：在本发明中，仅使用单正电源轨，不仅能够适配更多的AD模块，而且不会对信号质量造成损耗。同时，它提供了更为宽泛的可调共模电平范围，可满足更多AD输入要求。此外，该发明省去了调理电路的负电源，使得电源结构变得简单，整体功耗更低。尤为突出的是，本发明无需单独使用单端转差分芯片，在PCB设计体积基本保持不变的情况下，既降低了硬件选型成本，又提供了更多的器件选型方案。附图说明[0015]图1为本发明转差分调理信号电路的整体结构框图；图2为本发明信号输入隔离调理电路的电路图；图3为本发明信号共模输入隔离调理电路的电路图；图4为本发明信号反向放大调理电路的电路图；图5为本发明信号同相放大调理电路的电路图；图6为本发明供电输出信号特征图；图7为传统架构单电源供电输出信号特征图。[0016]图中标记：701-输入端口，702-第一输出端口，703-第二输出端口，704-第四输出具体实施方式[0017]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他[0018]实施例一如图1所示，一种高性能低功耗单端转差分调理信号电路，其特征在于：包括输入信号隔离调理电路、共模输入隔离调理电路、同相放大调理电路以及反向放大调理电路；输入信号隔离调理电路的一端用于接收外部单端信号，并为后级调理独立做准备；输入信号隔离调理电路的另一端分别与同相放大调理电路以及反向放大调理电路的一端连接；共模输入隔离调理电路的一端用于接收共模调理信号并通过共模输入隔离调理电路增加共模调理信号的稳定性；共模输入隔离调理电路的另一端与反向放大调理电路的一端连接；同相放大调理电路以及反向放大调理电路用于将单端信号转换为差分信号，同相放大调理电路以及反向放大调理电路分别与模数转换器连接。7[0019]在本发明中，仅使用单正电源轨，不仅能够适配更多的AD模块，而且不会对信号质量造成损耗。同时，它提供了更为宽泛的可调共模电平范围，可满足更多AD输入要求。此外，该发明省去了调理电路的负电源，使得电源结构变得简单，整体功耗更低。尤为突出的是，本发明无需单独使用单端转差分芯片，在PCB设计体积基本保持不变的情况下，既降低了硬件选型成本，又提供了更多的器件选型方案。[0020]本发明中所说的单正电源轨是指仅传输单一正电压的电源通路，用于为特定电路模块提供能量。本实施例为实施例一的进一步细化。[0022]如图2所示，输入信号隔离调理电路包括输入端口701、第一输出端口702、第二输输入端口701的一端用于接收外部的单端信号，输入端口701的另一端与电阻R103的一端连接，电阻R103的另一端分别与电阻R104的一端以及第一放大器模块U100的正输入端连接；电阻R104的另一端接地，第一放大器模块U100的负输入端分别与电阻R102以及电容C101的一端连接，电阻R102以及电容C101的另一端均分别与第一放大器模块U100的输出端以及电阻R105的一端连接；电阻R105的另一端与第二输出端口703连接。[0023]输入信号隔离调理电路中，电阻R102以及电容C101的另一端均与第一输出端口702连接，输入信号隔离调理电路通过第一输出端口702与反向放大调理电路连接。[0024]输入信号隔离调理电路能够接收外部单端信号，并对其进行隔离处理，一方面可以避免外部信号对后级电路的干扰，另一方面为后级的调理做准备，提高了信号的纯净度和稳定性，减少了信号传输过程中的失真和噪声。和第二放大器模块U106;电阻R107的一端与电源连接，电阻R107的另一端分别与电阻R108的一端以及第二放大器模块U106的正输入端连接；电阻R108的另一端接地，第二放大器模块U106的负输入端与电阻R109的一端连接，电阻R109的另一端分别与第二放大器模块U106的输出端以及电阻R110的一端连接；电阻R110的另一端与第二输出端口703连接。[0026]共模输入隔离调理电路中，电阻R109的另一端还与第三输出端口707连接，共模输入隔离调理电路通过第三输出端口707与反向放大电路连接。[0027]共模输入隔离调理电路接收共模调理信号，并增加其稳定性。共模信号的稳定对于差分信号的转换和处理至关重要，能够有效抑制共模干扰，提高整个电路的抗干扰能力，使电路在复杂电磁环境下也能可靠工作。电阻R112的一端与第一输出端口702连接，电阻R112的另一端分别与电容C117、电阻R118的一端以及第三放大器模块U111的负输入端连接；电容C117与电阻R118的另一端分别与第三放大器模块U111的输出端以及电阻R119的一端连接；电阻R119的另一端分别与电阻R120以及第四输出端口704连接；电阻R1208的另一端与第四输出端口704连接；电阻R113的一端与第三输出端口707的一端连接，电阻R113的另一端分别与第三放大器模块U111的正输入端以及电阻R114的一端连接；电阻R114的另一端分别与电容C115以及电阻R116的一端连接；[0029]转换后的差分信号分别与模数转换器连接，能够更好地适配模数转换器的输入要求，提高模数转换的精度和性能，从而保证整个系统的高性能和低功耗运行，满足现代电子设备对信号处理的高精度和低功耗需求。容C123和第四放大器模块U121;电阻R122的一端接地，电阻R122的另一端分别与第四放大器模块U121的负输入端、电阻R124以及电容C123的一端连接，电阻R124以及电容C123的另一端均分别与第四放大器模块U121的输出端以及电阻R125的一端连接，电阻R125的另一端分别与电阻R126的一端以及第五输出端口705连接；电阻R126的另一端与第六输出端口706连接；第四放大器模块U121的正输入端与第二输出端口703连接。[0031]同相放大调理电路和反向放大调理电路协同工作，将单端信号转换为差分信号。差分信号相比单端信号具有更好的抗干扰性能，能够在传输过程中减少外界噪声的影响，同时提高信号的传输精度和可靠性，适用于对信号质量要求较高的应用场景。[0032]同相放大调理电路通过第六输出端口706以及第五输出端口705与模数转换器连反向放大调理电路通过第六输出端口706以及第四输出端口704与模数转换器连四放大器模块U121均采用单电源供电。[0034]通过各部分电路的协同工作，该方案能够实现高性能的信号处理，包括信号的隔[0035]实施例三本实施例为实施例二的波形输出结果(图6),并附加传统单端转差分芯片(如进口的AD8138,国产的SF207)单正电源输出结果(图7),将输出波形做对比。本发明中所说的单正电源是指仅提供单一正电压输出的电源设备。它通过将输入电源(如交流电、电池等)转换为稳定的直流正电压，为电子电路或设备供电。[0036]如图6所示，本电路设计采用单正电源供电方案，通过独特的链路架构实现单端信号至差分信号的高效转换。[0037]其工作原理可分为以下三个阶段：1.信号隔离阶段原始单端信号首先进行幅度调理，后再经过电压跟随器进行阻抗隔离，确保信号完整性并避免前后级电路相互影响。[0038]2.双路径处理阶段9隔离后的信号分别送入两个处理通道：同相放大器通道：实现输出共模电压和信号幅度同步调节功能。[0039]反相放大器通道：通过外加共模电压对信号进行相位反转与电平偏移处理。双通道