使用全差分放大器時(shí)如何去掉電源
全差分放大器 (FDA)是一種多用途的工具，它可以替代balun(或與它一同使用)的同時(shí)，并且提供多種優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的使用單端輸出的放大器相比，電路設(shè)計(jì)人員在使用由FDA實(shí)現(xiàn)的全差分信號(hào)處理頻譜分析儀時(shí)，能夠增加電路對(duì)外部噪聲的抗擾度，從而將動(dòng)態(tài)范圍加倍，并且減少偶次諧波。
如果想要在運(yùn)算放大器 (op amp)外部建立適當(dāng)增益，將總共需要使用8個(gè)電阻，這設(shè)計(jì)起來(lái)將會(huì)十分復(fù)雜?，F(xiàn)在，工程師只需要一半數(shù)量的電阻器和一個(gè)IC，就可以使用一個(gè)FDA來(lái)提供ADC的單端至差分接口和一個(gè)差分至差分接口。同時(shí)，這個(gè)IC無(wú)需balun便可以使得DC分量導(dǎo)通，這一點(diǎn)不同于提供DC隔離的balun。這個(gè)的關(guān)鍵點(diǎn)是在許多應(yīng)用中需DC和低頻的出色的頻率響應(yīng)。
基本上來(lái)說(shuō)，F(xiàn)DA是具有兩個(gè)放大器的器件。主差分放大器(從VIN至VOUT)由多個(gè)反饋路徑和Vocm誤差放大器組成，而Vocm誤差放大器更多情況下被稱(chēng)為共模輸出放大器。
Vocm放大器在內(nèi)部采樣差分電壓(VOUT+和VOUT–)，并且將這個(gè)電壓與施加到VOCM引腳上的電壓相比較。通過(guò)一個(gè)內(nèi)部反饋環(huán)路，Vocm放大器將Vocm誤差放大器的“誤差”電壓(輸入引腳間的電壓)驅(qū)動(dòng)為0，這樣的話，VOUT_cm= Vocm。
如果VOCM引腳保持在懸空的狀態(tài)時(shí)，通常由一個(gè)內(nèi)部分壓器將偏置點(diǎn)的缺省值設(shè)定為VCC/2(電源間的中間位置)。(VOCM)引腳上的Vocm設(shè)置會(huì)影響到總體輸出擺幅(稍后討論)。這些特性不同于具有單端輸出的傳統(tǒng)運(yùn)算放大器。在傳統(tǒng)運(yùn)算放大器中，輸出共模電壓和單端輸出實(shí)際上是會(huì)影響到運(yùn)算放大器的動(dòng)態(tài)范圍的同一信號(hào)。
在使用全差分放大器(FDA)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，存在一個(gè)常見(jiàn)的誤解。設(shè)計(jì)人員經(jīng)常將單端雙極信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有 DC 偏移的差分信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)具有單正電源的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其配置類(lèi)似于圖 1 所示的配置。
圖 1：FDA 驅(qū)動(dòng) ADC
在此示例中，單端 +/-1V 信號(hào)被轉(zhuǎn)換為增益為 -2 的差分信號(hào)并上移 1.5V 以驅(qū)動(dòng)單電源 ADC。
誤解是 FDA 必須有一個(gè)對(duì)稱(chēng)的負(fù)電源，因?yàn)樗妮斎胂鄬?duì)于地是對(duì)稱(chēng)的。然而，如果 FDA 可以接受低至其負(fù)供應(yīng)的輸入，則對(duì)稱(chēng)負(fù)供應(yīng)是不必要的。您實(shí)際上可以將電路板接地用作 FDA 的負(fù)電源，如圖 2 所示。
圖 2：執(zhí)行單端到差分轉(zhuǎn)換的典型 FDA 電路
由于地面上的負(fù) FDA 供應(yīng)，F(xiàn)DA 的負(fù)輸出 Vout_neg 永遠(yuǎn)不會(huì)低于地面。由于 FDA 的正輸入 Vin_pos 只是由 Rg/(Rg+Rf) 衰減的 Vout_neg，因此 Vin_pos 永遠(yuǎn)不會(huì)低于地面。FDA 的高開(kāi)環(huán)增益會(huì)在兩個(gè)輸入之間產(chǎn)生虛擬短路，從而確保 FDA 的負(fù)輸入 Vin_neg 永遠(yuǎn)不會(huì)低于地電位。
即使輸入信號(hào)是偽差分并以負(fù)電壓為參考，您仍然可以將地用作 FDA 的負(fù)電源。在圖 3 中，假設(shè) Vref = -0.1V，F(xiàn)DA 數(shù)據(jù)表中的最小 Vout 為 0.2V，Rf = 2Rg，增益為 -2：
圖 3：具有偽差分輸入的 FDA
FDA 正輸入 Vin_pos 的最小輸入公式如下：
FDA 輸入的虛擬短路確保 FDA 的輸入永遠(yuǎn)不會(huì)低于地面。
如果您設(shè)置 FDA 增益和 Vocm 以使最小 Vout_neg 高于 FDA 數(shù)據(jù)表中指定的作為最小輸出的值，則可以接受更低的 Vref 值。
最重要的是，在將單端或偽差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有正偏移的差分信號(hào)時(shí)，具有負(fù)軌輸入 (NRI) 的 FDA 可以節(jié)省負(fù) FDA 電源的費(fèi)用和電路板空間。請(qǐng)務(wù)必尋找 3V 和 5V 之間的單一 FDA 電源，并考慮使用高帶寬、低功耗 FDA，例如THS4521。
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