差分模拟信号转单端输出电路设计

需求分析：

1.差分输入0~16V -Vpp电压量；

2.输入频率0~1.2KHz；

3.单端对应输出0~3V的模拟量；

4.输出频率对应0~1.2KHz；

5.供电范围3~5V。

针对以上需求，设计如下图所示电路。

1.电路功能：
将输入的差分正弦模拟信号0~16V Vpp信号先经过电阻网络分压，当前电路按照10:1分压，后经过由运放构成的加减电路输出单端信号。因为运放为单电源供电，所以防止失真和满足0-3V输出的需求，这里需要在运放前端输入信号上加直流偏置，将信号全部配置在0V以上。

这里注意的是，运放前端10:1分压，运放为单电源供电3.3V。一般做差分输入转单端输出的电路用，仪表放大器或者专用的差分运算放大器。但是该电路采用单电源供电，没有引入额外的元器件，所以在运放的选型上要格外考虑，普通的通用运放无法满足该设计要求。

比如LMV931、LM324等。

经过筛选选择运放LTC2050CS5。

2.仿真分析
如下图所示仿真电路及仿真结果：

输入为16V Vpp相位相差180度的正弦电压信号。

LMV931的仿真结果如图所示：
运放输出失真：
LMV931完全不干活了。所以此方案不能够满足需求。

LTC2050CS5的仿真结果如图所示：
运放输出单端正弦波，并且信号在1~2V之间，完全满足设计需求：

3.LTC2050CS5介绍

LTC2050 采用 SOT-23 封装的零漂移运算放大器

LTC2050 和 LTC2050HV 是零漂移运算放大器，采用 5 引脚或 6 引脚 SOT-23 和SO-8 封装。LTC2050 采用 2.7V 至 6V 单工作电源。LTC2050HV 采用 2.7V 至 ±5.5V 工作电源。电流消耗为 800μA，而且，采用 6 引脚 SOT-23 和 SO-8 封装的器件版本提供了断电功能 (低态有效)。

LTC2050 虽然外形尺寸小巧，但 DC 性能却丝毫不打折扣。典型输入失调电压和失调漂移分别为 0.5μV 和 10nV/ºC。利用高于 130dB 的电源抑制比 (PSRR) 和共模抑制比 (CMRR)，对几乎为零的 DC 失调和漂移提供了支持。

输入共模电压范围从负电源至高达正电源的 1V (典型值) 以内。**LTC2050 还具有一个增强型输出级，该输出级能够把低至 2kΩ 的负载驱动至两个电源轨。开环增益通常为 140dB。**另外，LTC2050 还拥有一个 1.5μVP-P DC 至 10Hz 噪声和一个 3MHz 的增益带宽乘积。

4.运放减法电路

根据虚断：流过R1 R2电流相等，流过R3 R4的电流相等：

(V2–V+)/R1=V+/R2

(V1–V-)/R4=(V–Vout)/R3

如果R1=R2，则V+=V2/2

如果R3=R4，则V-=(Vout+V1)/2

根据虚短：V+ = V-

总上所述：Vout=V2-V1

这就是减法放大器。

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