模數(shù)轉(zhuǎn)換器差分輸入前端設(shè)計(jì) — HA1001E型高速差分放大器應(yīng)用指南1

近日，深圳市乾鴻微電子有限公司發(fā)布了HA1001E型高速差分放大器，該產(chǎn)品具有全差分輸入/輸出結(jié)構(gòu)、優(yōu)秀的共模噪聲抑制能力和改善總諧波失真等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）驅(qū)動(dòng)器、差分有源濾波器、輸出電平轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。

什么是差分放大器？

全差分放大器在結(jié)構(gòu)上與標(biāo)準(zhǔn)的電壓反饋運(yùn)算放大器非常相似，具體的差異如下圖所示。這兩種放大器在接收到差分輸入時(shí)，全差動(dòng)放大器既可以輸出單端信號(hào)也可以是輸出查分信號(hào)，而標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放只能輸出單端信號(hào)。在全差分放大器中，輸出信號(hào)是差分的，輸出共模電壓可以獨(dú)立于差分電壓控制，全差分放大器中Vocm端口的功能是調(diào)節(jié)輸出共模電壓。在單端輸出的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放中，輸出共模電壓是信號(hào)方式，無法像全差分放大器一樣通過Vocm端口控制。在標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放中，從輸出到負(fù)輸入通常有一條反饋路徑，一個(gè)全差分放大器則有多個(gè)反饋路徑。

全差分運(yùn)放與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放對(duì)比圖

ADC驅(qū)動(dòng)電路全差分放大器的優(yōu)點(diǎn)

增強(qiáng)對(duì)外部噪音的抑制力

增加輸出電壓擺幅

低壓系統(tǒng)的理想選擇

簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)

改善總諧波失真

為什么要在設(shè)計(jì)中使用差分放大器？

全差分放大器將單端轉(zhuǎn)差分示意圖

相比于偽差分輸入和一對(duì)單端運(yùn)放作為ADC前置來實(shí)現(xiàn)單端信號(hào)至差分信號(hào)的轉(zhuǎn)換，全差分放大器有著更低的輸入噪聲電壓、更低的功耗并且可以降低總諧波失真。相同功率下，單一全差分放大器的輸入噪聲電壓為一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放輸入噪聲電壓的1/√2；采用單電源供電時(shí)，可以雙極性信號(hào)輸入并輸出單極性信號(hào)來消除負(fù)電源等不必要的信號(hào)衰減級(jí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，降低系統(tǒng)復(fù)雜程度，提升系統(tǒng)精度。

HA1001E放大器應(yīng)用于ADC前置單端轉(zhuǎn)換

HA1001E將單端信號(hào)輸入至ADC差分輸入端應(yīng)用示例

差分輸入相較于單端輸入具有抗干擾能力強(qiáng)、有效抑制電磁干擾（EMI）和時(shí)序定位準(zhǔn)確等特點(diǎn)，常見的高分辨率精密ADC均使用差分輸入來提升其性能。深圳市乾鴻微電子有限公司自主設(shè)計(jì)并基于國(guó)內(nèi)代工廠工藝流片的HA1001E型高速差分放大器十分適合應(yīng)用于ADC前置單端至差分轉(zhuǎn)換。該芯片具有全差分輸入、全差分輸出的放大器結(jié)構(gòu)，對(duì)于共模噪聲有著極好的抑制能力，并改善總諧波失真；VOCM端口可以調(diào)節(jié)輸出共模電平。該產(chǎn)品采用塑封SOP8封裝，適用于作為具有差分輸入的ADC的前置驅(qū)動(dòng)，有助于實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的低噪聲、低功耗和低諧波失真。

HA1001E型高速差分放大器的優(yōu)勢(shì)參數(shù)

HA1001E型高速差分放大器作為ADC前置驅(qū)動(dòng)時(shí)有數(shù)個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，包括輸入共模電壓范圍（ICMVR）、輸出擺幅、諧波失真、帶寬和壓擺率等。

輸入共模電壓范圍規(guī)定了可應(yīng)用于差分放大器輸入端不影響正常運(yùn)行的電壓范圍，HA1001E輸入共模電壓范圍0.35V-3.3V（單電源3.3V供電時(shí)），具有偏移型輸入結(jié)構(gòu)，能夠處理雙極性輸入信號(hào)；輸出擺幅指放大器輸出端為實(shí)現(xiàn)ADC滿幅度輸入范圍驅(qū)動(dòng)的擺動(dòng)范圍，HA1001E輸出電壓擺幅為0.06V，能夠?qū)崿F(xiàn)ADC動(dòng)態(tài)范圍的最大化；低的諧波失真對(duì)于不論寬帶ADC還是精密ADC都非常重要，HA1001E能夠改善總諧波失真，使得環(huán)路增益穩(wěn)定；小信號(hào)帶寬為器件帶寬，壓擺率衡量了放大器輸出端在大信號(hào)擺幅下的最大變化率，HA1001E的-3dB帶寬為110M，壓擺率65V/Us，可匹配中帶寬ADC對(duì)前置緩沖驅(qū)動(dòng)的需求。