差分输入单端输出放大器电路图

差分输入单端输出放大器电路图
该电路是一款用于将一个差分输入转换为一个单端输出的电路。

当增益等于 1 时 (R1 = R2 = 604W 和 VOUT = V2 – V1)，输入参考差分电压噪声为 9nV/√Hz，差分输入信噪比为 (对于位于 4MHz 噪声带宽内的输入信号)。

输入 AC 共模抑制取决于电阻器 R1 和 R3 的匹配以及LT1567 负输出转换器的增益容差 (在高达 1MHz 频率下，当电阻器匹配误差为 1% 和负输出转换器增益容差为 2% 时，共模抑制至少为 40dB)。

怎样采用多种单端信号驱动低功率的16 位ADC
[导读]?匹配传感器输出和 ADC 输入范围可能很难，尤其是要面对当今传感器所产生的多种输出电压摆幅时。

本文为不同变化范围的差分、单端、单极性和双极性信号提供简便但高性能的 ADC 输入驱动器解决方案，本文的所有电路采用了 LTC2383-16 ADC 单独工作或与 LT6350 ADC 驱动器一起工作来实现 92dB SNR。

匹配传感器输出和 ADC 输入范围可能很难，尤其是要面对当今传感器所产生的多种输出电压摆幅时。

本文为不同变化范围的差分、单端、单极性和双极性信号提供简便但高性能的 ADC 输入驱动器解决方案，本文的所有电路采用了 LTC2383-16 ADC 单独工作或与 LT6350 ADC 驱动器一起工作来实现 92dB SNR。

LTC2383-16 是一款低噪声、低功率、1Msps、16 位 ADC，具备±的全差分输入范围。

LT6350 是一款轨至轨输入和输出的、低噪声、低功率单端至差分转换器/ADC 驱动器，具备快速稳定时间。

运用 LT6350，0V 至、0V 至 5V 和±10V 的单端输入范围可以很容易转换为 LTC2383-16 的±全差分输入范围。

全差分驱动
图 1 显示了用于本文所述所有电路的基本构件。

该基本构件用于至 LTC2383-16 模拟输入的DC 耦合全差分信号。

电阻器 R1、R2 和电容器 C1 将输入带宽限制到大约 500kHz。

电阻器 R3 和 R4 减轻 ADC 输入采样尖峰的影响，该尖峰可能干扰传感器或 ADC 驱动器输入。

图 1：全差分驱动电路
这个电路对于具备低阻抗差分输出的传感器很有用。

驱动 AIN+ 和 AIN–的共模电压必须等于 VREF/2，以满足 LTC2383-16 的共模输入范围要求。

图 1 中的电路可以是 AC 耦合的，以在必要时，使 ADC 输入的共模电压与传感器相匹配。

只需通过一个 1k 电阻器将AIN+ 和 AIN–偏置到VCM （VCM=VREF/2）、通过一个 10μF 电容器将传感器输出耦合到AIN+ 和 AIN–即可，如图 2 所示。

图 2：AC 耦合全差分驱动电路
当驱动 LTC2383-16 这类低噪声、低失真 ADC 时，选择合适的组件对保持高性能是至关重要的。

这些电路中使用的所有电阻器的值都相对较低。

这可保持较低的噪声和较短的稳定时间。

建议使用金属薄膜电阻器，以减小由自热引起的失真。

C1 采用的是 NPO 电容器，因为这类电容器的电压系数较低，从而可最大限度地减小失真。

单端至差分的转换
当然，不是所有传感器的输出都是差分的。

以下是一些用单端信号驱动 LTC2383-16 的方法。

0V 至单端输入
图 3 所示电路将 0V 至单端信号转换为全差分±信号。

这个电路还具备高阻抗输入，以便能用大多数传感器输出直接驱动该电路。

如图2 所示，通过 AC 耦合的VIN，VIN 端的共模电压可以与 ADC 匹配。

第二个放大器的共模电压在 LT6350 的 +IN2 引脚处设定。

图 4 中的 32k 点 FFT 显示运用图 3 所示电路时 LTC2383-16 与 LT6350 合起来的性能。

所测得的 92dB SNR 和 -107dB THD 与 LTC2383-16 的典型数据表规格参数紧密匹配。

这表明，在信号通路中插入单端至差分转换器后，即使引起 ADC 规格参数劣化，裂化程度也是极小的。

图 3：单端至差分转换器
图 4：图 3 电路的 FFT
AMPLITUDE：幅度
0V 至 5V 单端输入
如果需要较宽的输入范围，那么可以驱动 LT6350 的负输入，从而允许由 LT6350 的第一级衰减输入电压。

图 5 所示电路将 0V 至 5V 单端信号转换为±的差分信号，该差分信号驱动 LTC2383-16 的输入。

这个电路的输入阻抗等于 R7。

增大 R7 的值会提高输入阻抗，从而使驱动更加容易。

这么做的代价是，如果 R7 增大到高于，那么噪声和失真会略有提高，如表 1 所示。

图 5：0V 至 5V 单端驱动器表 1：0V 至 5V 驱动器的噪声和失真随输入电阻的变化
±10V 单端输入
有些传感器提供高于和低于地的输出电压。

图 6 所示电路将±10V 的地参考单端信号转换为±差分信号，该差分信号驱动 LTC2383-16 的输入。

输入阻抗仍然由 R7 设定。

表 2 显示了图 6 电路的噪声和失真随输入阻抗的变化。

图 6：±10V 单端驱动器表2：采用±10V 驱动器时噪声和失真随输入电阻的变化
结论
LTC2383-16 是一款低功率、低噪声、16 位 ADC，可非常容易地与种类繁多的传感器输出连接，包括范围很宽的单极性、双极性、差分和单端信号。

多功能低功耗精密单端转差分转换器
[导读]?很多应用都需要差分信号，包括驱动现代模数转换器(ADC)、通过双绞线电缆传输信号、调理高保真音频信号。

很多应用都需要差分信号，包括驱动现代模数转换器(ADC)、通过双绞线电缆传输信号、调理高保真音频信号。

由于差分信号在一组特定电源电压下使用较大信号，提高了对共模噪声的抑制能力，降低了二次谐波失真，因而实现了更高的信噪比。

由于这一需求，我们需要可将大多数信号链中的单端信号转换为差分信号的电路模块。

图1显示了简单的单端转差分转换器，它使用AD8476 精密低功耗完全差分放大器(diff-amp)，带有集成精密电阻。

差分放大器内部配置的差分增益为1，因此电路的传递函数为：
VOUT, DIFF = VOP – VON = VIN.
输出共模电压(VOP + VON)/2由VOCM 引脚上的电压设置。

如果允许VOCM引脚浮空，则由于形成电源的电阻分压器的内部1 MΩ电阻，输出共模电压将会浮动至电源电压中间值。

电容C1会滤除1 MΩ电阻的噪声，以降低输出共模噪声。

由于AD8476的内部激光调整增益设置电阻，因而电路的增益误差最大值仅为%。

图1. 简单的单端转差分转换器。

对于很多应用，图1中的电路已足以用于执行单端转差分的转换。

对于需要更高性能的应用，图2显示的单端转差分转换器具有很高输入阻抗，最大输入偏置电流为2 nA，最大失调(RTI)为60 μV，最大失调漂移为μV/°C。

该电路通过将OP1177精密运算放大器(op amp)与AD8476级联，并将AD8476的正输出电压反馈至运算放大器的反相输入端，达到这种级别的性能。

这种反馈方式使得运算放大器能够确定配置的精度和噪声性能，因为它将反馈环路内的差分放大器与前面的运算放大器的大开环增益相连。

因此，当以输入为基准时，这种大增益可以减少AD8476的误差，包括噪声、失真、失调和失调偏移。

图2. 改进的单端转差分转换器。

图2中的电路可以用以下公式表示：
VOP ≈ VIN(1)
(VOP + VON) = 2 VOCM = 2 VREF(2)
VON = 2 VREF – VIN(3)
联立(1)和(3)：
VOUT, DIFF = VOP – VON = 2(VIN – VREF)(4)
公式3展示了有关电路的两个重要特性：首先，电路的单端转差分增益为2。

第二，VREF节点作为输入信号的基准，因此它可用于消除输入信号中的偏置。

例如，如果输入信号具有1 V的偏置，则将1 V施加于REF节点可以消除偏置。

如果目标应用需要大于2的增益，则可以修改图2中的电路，如图3所示。

在这种情况下，电路的单端转差分增益取决于外部电阻RF和RG如下所示
(5)
和
(6)
?
图3. 改进的单端转差分转换器，具有电阻可编程增益。

与图2中的电路相似，这种经过改进的单端转差分转换器可将差分放大器放置在运算放大器的反馈环路内部，从而抑制差分放大器的误差。

与任何反馈连接相同，我们必须小心地确保系统是稳定的。

请参考图2，OP1177和AD8476的级联形成了复合差分输出运算放大器，频率范围的开环增益是运算放大器的开环增益和差分放大器的闭环增益的乘积。

因此，AD8476的闭环带宽为OP1177的开环增益添加了一个极点。

为确保稳定性，差分放大器的带宽应高于运算放大器的单位增益频率。

在图3所示的电路中，这一要求有所放宽，因为电阻反馈网络有效地将OP1177的单位增益频率降低了RG/(RG + RF)倍。

由于D8476具有5 MHz的带宽，OP1177具有1 MHz的单位增益频率，因此所示的电路不会出现稳定性问题。

图4显示了图2中的电路的输入和输出信号的示波图，由以地为基准的10 Hz、1 V p-p正弦波驱动。

为简明起见，VREF节点接地。

图4. 由以地为基准的10 Hz、1 V p-p正弦波驱动时，图2中电路的输入和输出信号。

如果使用的运算放大器的单位增益频率远大于差分放大器的带宽，则可插入带宽限制电容CF，如图3所示。

电容CF和反馈电阻RF构成积分器，因而整个电路的带宽按以下方式计算：
?
(7)
带宽公式中的?是因为反馈是单端的，而不是差分的，这样会将反馈和带宽减少一半。

如果减少的带宽低于差分放大器的闭环带宽，则电路将会非常稳定。

这种带宽限制技术也可在增益为2的情况下使用，让RG 保持开路。