作者：Darwin Tolentino and Sandro Herrera

差分信號在需要大信噪比、高抗噪聲性和低二次諧波失真的電路中非常有用，例如驅動高性能ADC和高保真音頻信號調理。《模擬對話》上之前的相關文章“多功能、低功耗、精密單端至差分轉換器”1提供大幅改進的單端至差分電路，具有非常高的輸入阻抗、2 nA最大輸入偏置電流、60 μV最大失調（RTI）和0.7 μV/°C最大失調漂移。通過在反饋環路中將OP1177與差分增益為1的AD8476級聯來實現性能的提高。

圖1.改進的單端至差分轉換器。

然而，在許多應用中，希望具有更大的輸出動態范圍，例如在傳感器輸出的信號調理中，例如溫度和壓力。由于能夠調整共模，電路在與許多ADC接口時非常方便，在這些ADC中，基準電壓源決定了滿量程范圍。

圖2.具有改進動態范圍的單端至差分轉換器。

將環路內的差分放大器配置為增益大于1，會增加電路的輸出動態范圍（圖 2）。輸出由以下等式給出：

當 RG保持開路，電路的總增益為2。A1的輸出OP1177由下式給出：

請注意，V裁判總是添加到OP1177的輸出中，從而限制了其輸出裕量。在大多數應用中，V裁判（輸出共模）設置在電源的中心，以獲得最大的輸出動態范圍。環路內的差分放大器配置為增益大于1，例如圖2中的ADA4940（增益為2），可將A1的輸出電壓降低A2差分增益的倍數，并有助于避免A1的輸出飽和。由于OP1177在±5 V電源下的典型輸出擺幅為4.1 V，因此圖2中電路的差分輸出電壓擺幅在V時約為±8 V。裁判設置為 0。將A2配置為增益3可進一步改善輸出動態范圍，并實現電路的最大輸出擺幅。另一個放大器ADA4950的可用增益為1、2和3，也可能適用于A2。

可調輸出共模

可以修改電路，使輸出共模可調，并且獨立于輸入信號的共模。這為單電源應用增加了極大的靈活性和便利性，在這些應用中，輸入以接地為前提，并且需要轉換為具有更高共模的差分信號，以便ADC接口。

這可以通過在輸入R處增加兩個電阻來實現。1和 R2，其中 R2綁定到 VOCM.如果需要，使用雙通道輸入放大器A1的OP2177，可將第二個放大器用作輸入的緩沖器，以實現極低的輸入偏置電流。

圖3（a）。改進型單端至差分轉換器，具有可調共模。

圖3（b）。輸入和輸出圖，VOP紅色，V上以黃色顯示，以藍色輸入。共模為0 V。

圖3（c）。輸入和輸出圖，VOP紅色，V上以黃色顯示，以藍色輸入。共模電壓為2.5 V。

在圖1電路中，輸入參考V。裁判.參考圖3中的電路，輸入直接參考接地并轉換為差分輸出。五世OCM現在可以調整以在輸入保持以地為基準時轉換共模輸出。五世OCM可以連接到基準電壓源的一半或轉換器的中間電平。五世OCM基本上與 V 一起充當另一個輸入在.電阻值的選擇應符合

通過疊加，當 V在為 0，輸出強制值與 V 相同OCM.而由于VOCM是設置輸出共模的值，差分輸出為零。如果 R1= RG和 R2= RF，輸出電壓由下式給出：

帶寬和穩定性

兩個放大器構成一個采用伺服環路配置的復合差分輸出運算放大器。OP1177/OP2177的開環增益和ADA4940的差分增益相結合，構成電路的總開環增益，定義了電路的總帶寬。它們的極點結合在一起，在環路中增加了相移。A2的較高增益會降低其帶寬，并可能影響整個電路的穩定性。電路設計人員必須檢查整個電路頻率響應并評估補償需求。經驗法則是，頻率范圍內的組合開環增益必須越過單位增益（–20 dB/十倍頻程滾降），以確保反饋系統的穩定性。這在具有最小增益（增益為2）的應用中尤其重要，其中環路增益最大且相位裕量最差。較高的總增益還可以通過降低帶寬和增加反饋環路的相位裕量來提高穩定性。由于環路增益降低，因此它以較低的頻率越過單位增益。環路增益由下式給出：

反饋因子β在該項中有 1/2，因為輸出是差分的，并且反饋僅取自其中一個差分輸出。ADA4940的帶寬為50 MHz，增益為2，而OP1177的單位增益帶寬約為4 MHz。圖3中的電路在帶寬約為1 MHz時保持穩定，受OP1177和閉環增益的限制。如上一篇文章所述，當使用不同的放大器無法滿足穩定性條件時，可以使用帶寬限制電容器，如圖3（a）所示。電容在反饋環路內與RF形成積分器，并將整個電路的帶寬限制在

可以選擇電容和反饋電阻，使總帶寬受上述公式的限制。

審核編輯：郭婷