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差分输入，图1所示为AD7982的应用电路，可见其输入端采用了全差分的输入方式)，但普通传感器的输出信号多为单端信号，此时全差分放大器起到了关键的作用。

图1 AD7982的应用电路

　　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。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。

图2 ADA4940-1的应用电路

　　图2所示为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。

　　下面重点分析ADA4940作为单端转差分信号处理的实现：

图3 ADA4940作为单端转差分的电路图

图4单端转差分信号的分析1

图4为其DATASHEET中给出的单端转差分信号的输入电阻，对于RF=RG=1KΩ的电路中，从放大器的正输入端的输入电阻约为1.33KΩ，其DATASHEET中未给出推导过程。

　　我的推导过程如下：

图5单端转差分信号的分析2

如图5所示：

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。

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。

参考:

http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADA4940-1_4940-2.pdf

2016-12-28

16:15:30

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