CN104767528A - 一种ppm调制adc差分采样系统 - Google Patents

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吴海军
何川
陈庆
董光利
陈程
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Abstract

本发明提供一种PPM调制ADC差分采样系统，该采样系统包括限幅器、放大器、滤波器、对数检波器、差分驱动器和ADC转换器，所述限幅器依次连接放大器、滤波器、对数检波器、差分驱动器和ADC转换器。本发明采用差分驱动器+多位数ADC替换传统的单端ADC，不仅可以提升ADS-B的接收灵敏度，还提升了动态范围和SNR；采用一种全新的由LDO(低压降线性稳压器)与电阻构成灌和吸电流，保证在即使有直流分量的VIN输入情况时，可以提供稳定的参考电压。

Description

一种PPM调制ADC差分采样系统
技术领域
本发明涉及一种采样系统，尤其是涉及一种PPM调制ADC差分采样系统。
背景技术
ADS-B消息数据块格式采用脉冲位置调制(PPM)编码，在每一个被传输的脉冲前半部分为1，而后半部分为0，如图1所示。
如图2所示，典型的PPM模拟前端采样系统由限幅器、放大器、滤波器、对数检波器和单端ADC构成。在大多数情况，单端ADC不能提供足够的SNR和采样速率。由于单端输入，所以ADC位数和采样速率受限，从而不能提供足够的动态范围和接收灵敏度。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种PPM调制ADC差分采样系统，解决现有单端ADC采样系统，由于ADC位数和采样速率受限，从而不能提供足够的动态范围和接收灵敏度的问题，解决运算放大器构成的减法器电路在使用电阻分压作为减法器参考电平时，由于输入电压有直流分量的存在，电流通过R3，R5流过，导致VREF电压不稳。运放输出直流分量失真的问题。
本发明的发明目的通过以下技术方案来实现：
一种PPM调制ADC差分采样系统，其特征在于，该采样系统包括限幅器、放大器、滤波器、对数检波器、差分驱动器和ADC转换器，所述限幅器依次连接放大器、滤波器、对数检波器、差分驱动器和ADC转换器。
优选的，所述差分驱动器包括运算放大器、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5和电容C1，所述运算放大器的反相信号输入端通过电阻R2接收输入电平、正相信号输入端通过电阻R4接收参考电平、正相信号输出端连接ADC转换器的正相信号接收端、反相信号输出端连接ADC转换器的反相信号接收端、共模输出设定端连接ADC 转换器，所述电阻R1并联在运算放大器的反相信号输入端与正相信号输出端之间，所述电阻R5并联在运算放大器的正相信号输入端与反相信号输出端之间，所述电容C1一端接地、一端连接运算放大器的共模输出设定端。
优选的，所述差分驱动器连接有参考电平电路。
优选的，所述参考电平电路包括电阻R3、电阻R6和电容C2，所述电阻R6与电容C2并联，电阻R6与电容C2的一个并联端接地、另一个并联端分别连接电阻R3和电阻R4。
优选的，所述参考电平电路包括低压降线性稳压器、电容C3、电容C4、电阻R7、电阻R9和电阻R11；所述电容C3与电阻R9并联后再与电阻R11串联在低压降线性稳压器的电源输出引脚和反馈输入引脚之间；所述电阻R7串联在低压降线性稳压器的电源输出引脚和反馈输入引脚之间；所述低压降线性稳压器的电源输入引脚端连接直流电源，且通过电容C4接地；所述低压降线性稳压器的电源输出引脚端连接电阻R4，所述电阻R9与电阻R11之间接地。
优选的，所述电阻R9的阻值由如下公式确定：
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、采用差分驱动器+多位数ADC替换传统的单端ADC，不仅可以提升ADS-B的接收灵敏度，还提升了动态范围和SNR；
2、由ADC提供差分驱动器的共模电压，使ADC处于最佳的共模电压范围，并防止ADC输入端口超过其额定使用范围；
3、采用一种全新的由LDO(低压降线性稳压器)与电阻构成灌和吸电流，保证在即使有直流分量的VIN输入情况时，可以提供稳定的参考电压；
4、具有超低参考噪声：选择低噪声LDO，提供低噪声参考；
5、具有灵活的参考电压：调节R7与R11的比值，可以任意调节参考电压。
附图说明
图1为典型PPM调制信号脉冲图；
图2为典型PPM调制ADC采样系统图；
图3为本发明的PPM调制ADC差分采样系统图；
图4为ADC单端转差分电路图；
图5为使用电阻分压给减法器提供参考电平时的电路图；
图6为使用低压降线性稳压器给减法器提供参考电平时的电路图；
图7为使用低压降线性稳压器给减法器提供参考电平时的一种电流流向图；
图8为使用低压降线性稳压器给减法器提供参考电平时的另一种电流流向图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本发明提供一种PPM调制ADC差分采样系统，如图3所示，该采样系统主要由限幅器、放大器、滤波器、对数检波器、差分驱动器和ADC转换器组成。限幅器依次连接放大器、滤波器、对数检波器、差分驱动器和ADC转换器。其中ADC转换器采用大于或者是等于16bit的多位ADC，且ADC的采样率大于或者是等于40M，这样可提升ADS-B的接收灵敏度、提升动态范围和提升SNR。
本实施例的差分驱动器的结构如图4所示，其包括运算放大器ADC DRIVER、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5和电容C1。运算放大器的反相信号输入端1通过电阻R2接收输入电平VIN、正相信号输入端8通过电阻R4接收参考电平VREF、正相信号输出端4连接ADC转换器的正相信号接收端AIN、反相信号输出端5连接ADC转换器的反相信号接收端共模输出设定端VOCM连接ADC转换器。电阻R1并联在运算放大器的反相信号输入端1与正相信号输出端4之间。电阻R5并联在运算放大器的正相信号输入端8与反相信号输出端5之间。电容C1一端接地、一端连接运算放大器的共模输出设定端VOCM。使用差分驱动器的作用是实现PPM信号的非平衡电平到平衡电平的转换。使用直流耦合电路，可防止直流分量丢失。由ADC提供差分驱动器的共模电压，使ADC处于最佳的共模电压范围，并防止ADC输入端口超过其额定使用范围。
差分驱动器通常都连接有参考电平电路。参考电平电路可采用使用电阻分压产生参考电平的电路，如图5所示，参考电平电路包括电阻R3、电阻R6和电容C2。电阻R6与电容C2并联，电阻R6与电容C2的一个并联端接地、另一个并联端分别连接电 阻R3和电阻R4。采用图5所示参考电平电路的参考电压为输入电压的R6/(R3+R6)。
然而，使用电阻分压作为减法器参考电平时，由于输入电压有直流分量的存在，电流通过R3，R5流过，导致VREF电压不稳，运放输出直流分量失真。因此本发明还提供一种新的参考电平电路，如图6所示，包括低压降线性稳压器LDO、电容C3、电容C4、电阻R7、电阻R9和电阻R11。电容C3与电阻R9并联后再与电阻R11串联在低压降线性稳压器的电源输出引脚和反馈输入引脚之间。电阻R7串联在低压降线性稳压器的电源输出引脚和反馈输入引脚之间。低压降线性稳压器的电源输入引脚端连接直流电源，且通过电容C4接地。低压降线性稳压器的电源输出引脚端连接电阻R4。电阻R9与电阻R11之间接地。采用图6所示电路的原理说明如下：
假设输入电平VIN的范围为0～2V，差分共模电压为0.9V，ADC输入电压(AinP-AinX)为-1V～1V，可以计算VREF＝1V。AinP表示ADC转换器的正相信号接收端AIN的电压，AinN表示ADC转换器的反相信号接收端的电压。
当输入电压VIN＝0V时，有如下公式：
AinP-AinN＝-1V；
(AinP+AinN)/2＝0.9V；
可以计算AinP＝0.4V，AinN＝1.4V。此时，电流通过从DCIN通过LDO的MOS管、R4、R5流向大地，构成电流回路(图7)。通过LDO的负反馈系统保证VREF＝1V，R9提供吸电流，R9的阻值由如下公式确定:
(一般情况下，R1＝R2＝R4＝R5，PPM频率工作在1M附近时，R1＝R2＝R4＝R5＝499欧姆)
同理，当输入电压VIN＝2V时，有如下公式：
AinP-AinN＝1V；
(AinP+AinN)/2＝0.9V；
可以计算AinP＝1.4V，AinN＝0.4V，此时，电流从差分驱动器，经R5，R4，R9流向大地，构成电流回路(图8)。通过LDO的负反馈系统保证VREF＝1V，LDO内部的CMOS提供灌电流。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种PPM调制ADC差分采样系统，其特征在于，该采样系统包括限幅器、放大器、滤波器、对数检波器、差分驱动器和ADC转换器，所述限幅器依次连接放大器、滤波器、对数检波器、差分驱动器和ADC转换器。
2.根据权利要求1所述的一种PPM调制ADC差分采样系统，其特征在于，所述差分驱动器包括运算放大器、电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5和电容C1，所述运算放大器的反相信号输入端通过电阻R2接收输入电平、正相信号输入端通过电阻R4接收参考电平、正相信号输出端连接ADC转换器的正相信号接收端、反相信号输出端连接ADC转换器的反相信号接收端、共模输出设定端连接ADC转换器，所述电阻R1并联在运算放大器的反相信号输入端与正相信号输出端之间，所述电阻R5并联在运算放大器的正相信号输入端与反相信号输出端之间，所述电容C1一端接地、一端连接运算放大器的共模输出设定端。
3.根据权利要求2所述的一种PPM调制ADC差分采样系统，其特征在于，所述差分驱动器连接有参考电平电路。
4.根据权利要求3所述的一种PPM调制ADC差分采样系统，其特征在于，所述参考电平电路包括电阻R3、电阻R6和电容C2，所述电阻R6与电容C2并联，电阻R6与电容C2的一个并联端接地、另一个并联端分别连接电阻R3和电阻R4。
5.根据权利要求3所述的一种PPM调制ADC差分采样系统，其特征在于，所述参考电平电路包括低压降线性稳压器、电容C3、电容C4、电阻R7、电阻R9和电阻R11；所述电容C3与电阻R9并联后再与电阻R11串联在低压降线性稳压器的电源输出引脚和反馈输入引脚之间；所述电阻R7串联在低压降线性稳压器的电源输出引脚和反馈输入引脚之间；所述低压降线性稳压器的电源输入引脚端连接直流电源，且通过电容C4接地；所述低压降线性稳压器的电源输出引脚端连接电阻R4，所述电阻R9与电阻R11之间接地。
6.根据权利要求5所述的一种PPM调制ADC差分采样系统，其特征在于，所述电阻R9的阻值由如下公式确定： 
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