作者：Moshe Gerstenhaber and Reem Malik

精密半波和全波整流器傳統上采用精心挑選的元件構建，包括高速運算放大器、快速二極管和精密電阻器。高元件數量使得該解決方案價格昂貴，并且存在元件之間的交越失真和溫度漂移變化。

本文介紹如何配置雙通道差動放大器（無需外部元件），以提供精密絕對值輸出。與傳統方法相比，這種創新方法可以實現更好的精度、更低的成本和更低的功耗。

差動放大器1包括一個運算放大器和四個配置為減法器的電阻，如圖1所示。低成本單芯片差動放大器采用激光晶圓調整電阻，提供非常高的增益精度、低失調、低失調漂移、高共模抑制以及比分立式替代方案更好的整體性能。

圖1.差動放大器。

傳統絕對值電路

圖2所示為常用全波整流電路的原理圖。為了實現高性能，該設計依賴于兩個快速運算放大器和五個精密電阻。當輸入信號為正時，A1的輸出為負，因此D1反向偏置。D2正向偏置，閉合圍繞A1至R2的反饋環路，形成反相放大器。A2將A1的輸出乘以?2的增益與輸入信號乘以?1的增益相加，得到+1的凈增益。當輸入信號為負時，D1正向偏置，閉合A1周圍的反饋環路。D2 反向偏置且不導通。A2反轉輸入信號，產生正輸出。因此，A2的輸出是一個正電壓，代表輸入的絕對值，無論是正的還是負的。

圖 2.教科書全波整流器。2, 3

這種設計有幾個固有的性能和系統缺點，包括成本、交越失真、增益誤差和噪聲。該設計需要雙電源和許多高性能組件，進一步增加了成本和復雜性。響應時間可能很長，因為A1的輸出必須從–V擺動是至 +V是當輸入信號從 0 V + ΔV 交叉到 0 V – ?V 時。高速運算放大器和二極管可以幫助緩解這一問題，但代價是功耗增加。絕對值輸出的增益精度由R1、R2、R3、R4和R5的匹配決定。即使單個電阻失配少量，正絕對值和負絕對值峰值之間也會產生很大的誤差。總噪聲增益為6，放大了運算放大器噪聲、失調和漂移的影響。

改進的絕對值電路

圖3所示為更簡單、更有效的絕對值電路，僅需一個AD82774雙通道差動放大器和單正電源。當輸入信號為正時，A1充當電壓跟隨器。A2的兩個輸入與輸入信號的電位相同，因此A2只是將正信號傳遞到輸出。當輸入信號為負時，A1的輸出為0 V，A2反相輸入信號。總體結果是輸入信號的絕對值。高達 ±10 V 的信號可以在高達 10 kHz 的頻率下進行整流。如果要整流的信號非常小，則每個運算放大器輸出端的下拉電阻可以改善0 V左右的電路性能。

圖3.采用AD8277的單電源絕對值電路

該電路的功能雖然看似簡單，但之所以能夠實現，是因為AD8277具有出色的輸入和輸出特性，并且能夠采用單電源供電。與大多數采用單電源供電的運算放大器不同，差動放大器的輸入可以驅動到0 V以下。這允許A1的輸入接受負輸入信號，同時保持0 V輸出。輸入端集成ESD二極管可提供額外的魯棒過壓保護。圖4顯示了20 kHz時1 V p-p輸入信號的輸入和輸出波形及特性。

圖4.（a） 20 kHz 時 1V p-p 輸入信號的輸出和輸入。（b） 產出與投入特性。

這種改進的絕對值電路克服了傳統整流器設計的許多限制，并提供了意想不到的價值。最引人注目的是所需組件的數量減少：只需要一個設備。消除外部二極管也消除了交越失真。激光晶圓調整電阻精確匹配，保證增益誤差小于0.02%。該電路的噪聲增益僅為2，從而降低了噪聲，并降低了失調和漂移。AD2采用36 V至8277 V單電源供電，靜態電流消耗不到400 μA。

結論

與傳統設計相比，采用單個雙通道差動放大器構建的精密全波整流器具有多種優勢。值得注意的是，無需高性能外部組件和雙電源，從而大大降低了成本并降低了復雜性。差動放大器解決方案沒有交越恢復問題，并針對寬溫度范圍內的低漂移進行了優化。利用AD8277，可以使用單個IC以低功耗和低成本實現高精度絕對值電路。

審核編輯：郭婷