一种单端/差分信号到各种差分信号的通用转换电路的制作方法

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。

技术实现要素：

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。

技术特征：

1.本发明的权利要求即技术关键点有以下三个：

a1、用一个双-运放(8脚)，实现单端/差分信号到各种差分信号的转换。以满足目前各种高端采样芯片即adc的前端输入电路的要求。

a2、放大倍数可以任意调整，以便把实际信号的量程范围，调整到各种adc的输入范围要求。从而实现最大的采样精度。

a3、由于目前高端adc绝大多数都是差分输入，而且每个输入管脚都不能出现负电压。例如±5v的差分输入，实际上是以2.5v位中轴的，即+5v输入实际上是正端为+5v，负端为零；而－5v输入则是正端为零，负端为+5v；-3v输入则是正端为2.5-1.5＝1v，负端为2.5+1.5＝4v。

也就是说目前所有的adc芯片的差分输入方式有三种：伪差分、真差分(以地零点为中轴)、非负真差分，即以正信号输入范围的二分之一为中轴，如上面所举的例子。本发明通过一个共模输入端，可以实现任何单端/差分信号转换成上述所有三种差分信号，因而可以与目前所有的差分adc，包括cpu自带的差分adc进行接口。这是本发明的最方便之处，也是最重要的发明点所在。

技术总结
本发明就是为了克服原来的单端或差分信号转换成差分信号的方法存在的不足之处。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‑‑‑以专用芯片LTC6363，LTC1992为代表。优点是方便，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。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。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，使用起来非常的不方便，需要的硬件设计水平也非常高。本发明就是在实际设计当中产生的，不但克服了上面两种方案的缺点，而且完美融合了两种方案的优点，可以满足用户的各类苛刻的需求。

技术研发人员：项飙;雷锦春;马云镇;宋远明;黄兴龙
受保护的技术使用者：深圳市柯雷科技开发有限公司
技术研发日：2019.04.19
技术公布日：2020.10.27