全差分运算放大器浅析

全差分放大器(Fully-Differential)是一种应用在将单端信号转换为差分信号，或者将差分信号转换为差分信号的芯片。

全差分放大器的配置特点，就是全对称匹配。即两侧输入阻抗配置完全一致（阻抗包括源内阻），反馈配置完全一致。

因此，无论你配置到多大增益，两者都是各担一半；差分输出。

单端输入和差分输入的区别就在于一端接GND，其实搭建电路时和单端运放时就多了一个相同反馈回路，如下图：

单端运放闭合回路，增益G=Rf/Rg。

上图，单端转差分的电路，增益G=Rf/Rg.。就是需要注意，单端转差分时候，G=1时，（Vout+）-（Vout-）=Vin，每个输出各承担一半。

现以ADI公司的ADA4940-1为例，分析全差分放大器用作单端转差分信号时的工作原理以及外部电阻参数的计算。

ADA4940-1的应用电路

上图为ADA4940-1的应用电路，按照其DATASHEET中描述可知，VOCM表示为输出信号的共模电压，其大小由外部输入决定，与输入信号的共模电压无关。电路中存在两个闭环，上下对称，为了使得闭环的性能一致，两个闭环的参数应该一致。

VOCM，输入此引脚的电压以1:1的比例设定共模输出电压。例如，若VOCM为1 V直流，则+OUT和–OUT的直流偏置。

电平将设为1 V。

输入电阻推算：

假设正输入端VIN=V，产生的电流I，负输入端接GND，则输入端的差分信号VIN_dm=V；在此电路中，RF=RG=1K欧，则输出端的差分信号VOUT_dm=VIN_dm*(RF/RG)，公式参见其数据手册。

根据电路对称结构：VOUT+ - VOCM=VOCM - VOUT-

RF=RG=1K可得：

VOUT_dm=VIN_dm，VOUT_dm=V，VOUT_dm=VOUT+ - VOUT-=V；-VOUT-=V-VOUT+;

VOUT+ - VOCM=VOCM + V - VOUT+;

则正输出端： VOUT+=VOCM+1/(2*V) -------------------(1)

同时负输出端： VOUT-=VOCM-1/(2*V)---------------------(2)

其中VOCM为输出共模电压，由外部引脚引入，和输入共模电压独立，这样用户可以在一定范围内设置想要的共模电压。

可以得到：

I=(VIN-VP)/RG---------------------------------------------------(3)

VP=VN=RG*(VOUT+)/(RG+RF)---------------------------(4)------电阻分压

结合(1)~(4)可以得到：

I={VIN-(1/2)(RG/(RG+RF))*VIN-RG*VOCM/(RG+RF)}/RG-------(5)

令输入信号V产生了ΔV的变化，则有：

ΔI=(ΔVIN-(1/2)(RG/(RG+RF))*ΔVIN)/RG---------------------------(6)

由式(6)可以得到，电路的输入电阻RIN可以表示为：

RIN=ΔVIN/ΔI=RG/(1-RG/2(RG+RF))-------------------------------(7)

带入RF=RF=1KΩ，可以得到:

RIN=1.333KΩ。

AD8132中的定义：

全差分放大电路输入阻抗：

电路的有效输入阻抗(在+DIN和–DIN端)取决于放大器是由单端信号源驱动，还是由差分信号源驱动。对于平衡差分输入信号，两个输入端(+DIN和–DIN)之间的输入阻抗(RIN,dm)为：

若为单端输入信号(例如，若−DI N接地，输入信号接入+DIN)，输入阻抗则为：

该电路的输入阻抗高于作为反相器连接的常规运算放大器，因为一小部分差分输出电压在输入端表现为共模信号，从而部分增加了输入电阻RG两端的电压。

作者：杭州卿萃科技ALIFPGA

原文地址：杭州卿萃科技FPGA极客空间微信公众号

全差分运算放大器浅析相关推荐

全差分运算放大器ADA4940的分析
AD转换芯片的模拟信号输入端方式为:全差分.伪差分.单端输入,其中全差分输入的效果最佳,现阶段ADC转换器为了提高其性能,建议用户使用全差分的输入方式.(AD7982.ADS8317等都能实现信号 ...
全差分运算放大器ADA4930的分析(2)
前面解释了在ADA4930组成的单端转差分电路的输入电阻RIN的大小,可知当RF=RG=1KΩ的时候,RIN=1.33KΩ. 图1单端转差分电路如图1所示,假设信号源为2V VPP的信号,信号源的内 ...
全差分运算放大器ADA4930的分析(1)
AD转换芯片的模拟信号输入端方式为:全差分.伪差分.单端输入,其中全差分输入的效果最佳,现阶段ADC转换器为了提高其性能,建议用户使用全差分的输入方式.(AD7982.ADS8317等都能实现信号的全 ...
输出结果配置_经典架构新玩法：用单端仪表放大器实现全差分输出
问:我们可以使用仪表放大器生成差分输出信号吗? 答:随着对精度要求的不同提高,全差分信号链组件因出色的性能脱颖而出,这类组件的一个主要优点是可通过信号路由拾取噪声抑制.由于输出会拾取这种噪声,输出经常 ...
理解单端，全差分、伪差分
单端信号: 单端信号(single-end)是相对于差分信号而言的,单端输入指信号有一个参考端和一个信号端构成,参考端一般为地端. ADC单端输入比如说UART232串口中,发送端TXD,接收端RX ...
单端、伪差分、全差分ADC
单端.伪差分.全差分ADC 目录单端.伪差分.全差分ADC 单端信号差分信号 > 伪差分 > 全差分单端信号 --single-end 单个信号输入,参考端为地差分信号 --dif ...
AMC1100采用全差分隔离放大器的隔离式电流与电压测量
简介本文演示如何使用基于 AMC1100 的模拟前端 (AFE) 测量电压和电流. 介绍了采用输入到输出隔离配置测量电压输入以及采用通道间隔离配置测量电流输入的方法. AMC1100 - 全差分隔离 ...
川土微电子|CA-IS1200G全差分隔离运放ADC简介
CA-IS1200 器件是为基于分流电阻的电流检测而优化的高精度隔离式运放.低的失调和增益误差以及相关温漂能够在全工作温度范围内保持测量的精度. CA-IS1200 器件采用二氧化硅(SiO2)作为隔 ...
差分运算放大器的计算
难得手工计算分析了一下,居然计算出来了,挺高兴的,之后要更努力分析的关键是放大器的虚短和虚断. 首先看从V2经R3和R4到地这一回路.严格来说,经过R3的电流应该等于流进放大器正相输入端的电流和经过 ...

全差分运算放大器浅析

全差分运算放大器浅析相关推荐

最新文章

热门文章