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差動信号とシングルエンド、計装アンプ

最近知ったのですが、信号を伝える方式は
・1つの信号当り1本で伝えるシングルエンド
・1つの信号当り2本の信号を必要とする差動信号
の2つがあるようです。
差動方式の方が原理的にノイズに強く高速で、USBなどの高速インターフェースの信号伝達にも使われています。

大学の研究でこの差動信号を扱う必要性から、この信号をマイコンなどが扱えるシングルエンドに変換するための「計装アンプ」というものを最近はじめて知りました。
一般的にこの計装アンプは、センサーの出力などノイズに弱い微弱な差動信号を高いゲイン精度で増幅するために用います。
内部には等価的にオペアンプが3個あってブリッジアンプと減算回路を構成し、2本の入力信号の差の電圧を増幅して出力します。
詳しくは以下のサイトを見てください。
参考URL:
http://ednjapan.rbi-j.com/content/issue/2005/12/content04.html
http://www.analog.com/static/imported-files/jp/data_sheets/AD8221_JP.pdf

理系の大学生3年生レベルの知識があれば、ディスクリートのオペアンプと抵抗を組み合わせて同等の回路を作れるのですが、オペアンプ3個に抵抗が7個必要になります。半田付けめんどくさいし部品点数が増えて回路面積を無駄に消費しますね。

この計装アンプを用いれば、IC1個で超高精度な増幅を行えます。
また一般的に出力信号の振幅の中心を調整できるアジャスト端子がついているので信号を扱いやすい任意のオフセットに調整できます。

また、オペアンプを用いた増幅回路のゲイン精度は、使用する抵抗の精度に依存します。
計装アンプはレーザートリミングされた高精度な抵抗を内蔵するために外付けで高価な抵抗を取り付けることなく、高精度に増幅を行うことができます。

ロボットに関するアプリケーションとしては
・電流センサー
・アナログセンサーのアンプ
などに最適だと思う。

まあ、電流センサーはこれまた専用品(ACS712など)があるんだけどね。

*結論*
これからのロボット作りに計装アンプを生かそうと思います。
センサー系の回路の部品数を劇的減らすことができるかもしれません。

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コメント

 maxonとか狭山とかのエンコーダだとラインドライバでA+とA-とかで信号吐いてくるのがありますね。やっぱりエンコーダとかの信号も差動で扱った方がより安全なんですかね。研究で使われているエンコーダの回路には一応ラインレシーバ載っているんですが。

 ACS712って絶対最大20A、30Aのモデルがあったんですね。5Aだけと思い込んでいました。

 計装アンプは簡単調整かつ高精度な差動増幅回路みたいな感じですか。ジャイロスターとかのrefとoutの差分とかに使ったりするんですかね。

投稿: nishiki | 2010年5月14日 (金) 03時36分

>maxonとか狭山とかのエンコーダ
おそらくノイズが厳しいFAなどを用途に想定しているから差動なんだろうね。
nishikiのいう様に、差動の方がbetterだと思われる。

ACS712は複数のモデルがあるね。
僕としては5Vだけではなく3.3V仕様を出してほしいところ…。

>ジャイロスターとかのrefとoutの差分
まさしくこの使い方じゃないかな。

投稿: さとぅー | 2010年5月15日 (土) 00時36分

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