單端至差分放大器設(shè)計(jì)技巧

作者：Philip Karantzalis 和 Tim Regan

全差分放大器通常用于將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，這種設(shè)計(jì)需要考慮三個(gè)重要因素：?jiǎn)味嗽吹淖杩贡仨毰c差分放大器的單端阻抗匹配，放大器的輸入必須保持在共模電壓限值內(nèi)，輸入信號(hào)必須電平轉(zhuǎn)換為以所需輸出共模電壓為中心的信號(hào)。

在所有情況下，輸入阻抗必須與源阻抗匹配，以防止高頻反射。在單端源直流耦合至單電源差分放大器的設(shè)計(jì)中，電平轉(zhuǎn)換和共模限值也是重要的考慮因素。這三個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)的相互作用并非易事 — 元件選擇需要使用此處描述的方程進(jìn)行電子表格分析。

輸入阻抗匹配

如果使用輸入交流耦合，則阻抗匹配是唯一的設(shè)計(jì)問(wèn)題。圖1示出了一個(gè)電路示例，該電路將50Ω單端源與交流耦合LTC6400-20差分放大器匹配，增益為20dB，由內(nèi)部電阻器設(shè)定。

圖1.具有固定增益集成電阻的差分放大器的阻抗匹配。

66.5Ω電阻，RT，與 +IN 輸入阻抗并聯(lián)，Z在，使電路輸入阻抗與50Ω源相匹配。通過(guò)在–IN輸入R28處增加7.2Ω電阻，可提供差分平衡。平衡電阻可確保輸入端具有等效的反饋因數(shù)，從而防止較大的直流偏移。

要計(jì)算外部電阻值，請(qǐng)首先計(jì)算Z在.然后計(jì)算 RT用于阻抗匹配，R2 值用于差分平衡。整體單端至差分增益（GAIN）必須考慮R的輸入衰減S和 RT電阻分壓器和添加R2的效果。在本例中，放大器從信號(hào)源到差分輸出的總增益僅為4.44，即使放大器的固定增益為10。

通過(guò)輸入端的交流耦合，放大器的輸入共模電壓等于其輸出共模電壓，單端信號(hào)自動(dòng)電平轉(zhuǎn)換到以輸出共模電壓為中心的輸出差分信號(hào)。

如果輸入共模電壓不是0V，并且電源無(wú)法將直流電流輸送到116.5Ω（50Ω + 66.5Ω），則還需要交流耦合66.5Ω電阻。

直流耦合差分放大器

具有源阻抗匹配和輸入電平轉(zhuǎn)換功能的通用直流耦合單端至差分放大器電路如圖2所示。電平轉(zhuǎn)換由基準(zhǔn)電壓（VREF).如果 VREF設(shè)置為等于輸入共模電壓（V英格姆），然后將單端輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為以輸出共模電壓（VOCM).

圖2.差分放大器的阻抗匹配和電平轉(zhuǎn)換，增益由外部電阻器設(shè)置。

帶有外部電阻的單端至差分放大器設(shè)計(jì)提供了額外的設(shè)計(jì)選項(xiàng)：指定放大器增益。圖2顯示了R時(shí)的設(shè)計(jì)公式FR1電阻是可選的，不是固定的。

該電路的設(shè)計(jì)從R1值開(kāi)始。該電阻必須大于輸入源電阻，但不能大到增加電路噪聲。接下來(lái)，計(jì)算反饋電阻R的值F使用所需增益 （GN）。然后計(jì)算電阻器R的值T和 R2。

圖3所示為單端至差分放大器示例，該放大器匹配75Ω源，電平轉(zhuǎn)換從2.5V輸入共模電壓到1.25V輸出共模電壓（驅(qū)動(dòng)高速ADC通常需要從5V單端電路轉(zhuǎn)換到3V差分電路的典型電平轉(zhuǎn)換）。圖3放大器的單端至差分增益為2 （1VP-P輸入信號(hào)放大至2VP-P差分輸出信號(hào)，高速ADC的典型輸入電壓范圍）。

圖3.綜合起來(lái)：一個(gè)133MHz差分放大器，具有外部增益設(shè)置電阻，阻抗匹配至一個(gè)75Ω源，并從2.5V轉(zhuǎn)換至1.25V。

對(duì)于線性操作，不得超過(guò)放大器的輸入共模限值。圖2顯示了偏置電壓（VT） 的輸入 T 網(wǎng)絡(luò) （RS/ 1T和R1）和差分放大器輸入端的共模電壓。例如，在圖3中，放大器輸入端的1.99V至2.44V（由V計(jì)算一個(gè)公式）完全在 LTC6406 的軌至軌輸入共模范圍內(nèi) （0V 至 V）。+