带可调输出共模的多功能、精密单端转的差分信号性能改进

埃尔法哥哥 埃尔法哥哥

差分信号适合于需要大信噪比、高抗扰度和较低二次谐波失真的电路,例如高性能ADC驱动和高保真度音频信号处理等应用。《模拟对话》曾刊载过一篇相关文章——多功能、低功耗、精密单端差分转换器1,其中介绍了一种有很大改进的单端转差分电路,它具有很高输入阻抗,最大输入偏置电流为 2 nA,最大失调 (RTI) 为 60 μV,最大失调漂移为 0.7 μV/°C。性能改进是通过在反馈环路中将 OP1177 与差分增益为 1 的 AD8476 级联而实现的。

[“本文来自”:www.666z.com]

[“原文来自”:www.666z.com]

图 1. 改进的单端转差分电路

然而,许多应用需要更大的输出动态范围,例如温度和压力传感器输出的信号调理等。如果还能调节共模,那么该电路将能非常方便地与许多 ADC 接口,其基准电压决定满量程范围。

图 2. 具有改进动态范围的单端转差分电路

将环路内部差分放大器的增益配置为大于 1 的值,可提高电路的输出动态范围(图 2)。输出通过下式计算:

其中 RG 保持开路,电路的总增益为 2。A1 (OP1177) 的输出通过下式计算:

注意:VREF 始终增加到 OP1177 的输出上,从而会限制其输出裕量。多数应用中,VREF(输出共模)设置在电源的中点,以提供最大输出动态范围。环路内部增益大于 1 的差分放大器,例如 2 中的 ADA4940(增益为 2),可降低 A1 输出电压,降低倍数为 A2 的差分增益,这样便有助于避免图 A1 输出饱和。采用±5 V 电源时,OP1177 的典型输出摆幅为 4.1 V,因此,当 VREF 设置为 0 时,图 2 所示电路的差分输出电压摆幅约为±8 V。将 A2 增益配置为 3 可进一步改善输出动态范围,实现电路的最大输出摆幅。另一个可用增益为 1、2 和 3 的放大器 ADA4950,也适合用作 A2。

可调输出共模

可以修改电路,使输出共模可调且独立于输入信号的共模。对于输入以地为基准且需要转换为具有高共模的差分信号以与 ADC 接口的单电源应用,这样做可带来极大的灵活性和便利。

实现方法是在输入端增加两个电阻 R1 和 R2,R2 连接到 VOCM。若需要,可以使用输入放大器 A1 的双通道版本 OP2177,对于非常低的输入偏置电流,可将第二放大器用作输入缓冲器。

图 3(a) 改进的单端差分转换器,具有可调共模。

图 3(b) 输入和输出图,红线为 VOP,黄线为 VON,蓝线为输入。共模为 0V。

图 3(c) 输入和输出图,红线为 VOP,黄线为 VON,蓝线为输入。共模为 2.5 V。

在图 1 所示电路中,输入以 VREF 为基准。参见图 3 所示电路,输入以地为基准,直接获取后转换为差分输出。现在可以调节 VOCM 以使共模输出偏移,而输入仍然以地为基准。VOCM 可以设为基准电压源的一半或转换器的中间电平。VOCM 基本上像 VIN 一样,用作另一个输入。所选电阻值应满足下式:

通过叠加,当 VIN 为 0 时,输出值与 VOCM 相同。由于 VOCM 是设置输出共模的值,因此差分输出为 0。若 R1 = RG 且 R2 = RF,则输出电压由下式给出:

带宽和稳定性

两个放大器构成一个伺服环路配置的复合差分输出运算放大器。OP1177/OP2177 的开环增益和 ADA4940 的差分增益合并,得到电路的总开环增益,其定义电路的总带宽。其极点的合并则使环路的相移增加。A2 使用较高增益时,会降低其带宽,并可能影响电路整体的稳定性。电路设计人员须检查电路整体的频率响应,评估是否需要补偿。为了确保反馈系统的稳定性,经验法则是随频率而变化的合并开环增益必须以–20 dB/ 十倍频程的滚降速率跨过单位增益。这在最小增益(2 倍增益)的应用中更为重要,因为环路增益处于最大值,相位裕量最差。提高总增益,从而减小带宽并增加反馈环路的相位裕量,也能改善稳定性。因为环路增益减小,它会在较低的频率跨过单位增益。环路增益由下式计算:

反馈系数β中有一个 1/2 ,这 是因为输出为差分,而反馈仅从差分输出之一中获得。ADA4940 在 2 倍增益时的带宽为 50 MHz,而 OP1177 的单位增益带宽约为 4 MHz。受限于 OP1177 和闭环增益,图 3 所示电路在带宽约为 1 MHz 时可稳定工作。如之前文章中所指出的,当使用差分放大器无法满足稳定性条件时,可以使用一个限带电容,如图 3(a)所示。该电容与反馈环路内部的 RF 形成一个积分器,将电路整体的带宽限制为:

可以适当选择电容和反馈电阻,使总带宽受上式限制。

埃尔法哥哥微信号:暂无扫描二维码关注公众号
爱八卦,爱爆料。
小编推荐
  1. NO.1 “肇庆来对了!”他们开着房车到肇庆过大年玩High了

    吹着萨克斯,炒着家乡小菜,逗弄着宠物狗……12月28日傍晚,端州区北岭二路星韵广场一片和谐。当晚,共有80辆参加“百辆房车游肇庆”系列活动

  2. NO.2 化妆棉的秘密,用来擦水乳好吗?

    【引子】我用倩碧一号水个人不喜欢用化妆棉擦水,直接倒在手上拍在脸上可以吗?效果会不会大打折扣 化妆棉, 几乎每个女生的梳妆台上都会有,

  3. NO.3 注意这2个零件,保障安全出行!

    汽车的安全性能 说到汽车,那么汽车的安全性就是一个不可避免的话题。一直以来,随着国内汽车数量的增加,汽车的安全性能也渐渐开始备受广大

  4. NO.4 4换2,活塞双核奔赴洛杉矶?快船或大交易组四巨头冲冠!

    北京时间1月27日,美媒TMZ报道NBA传奇球星科比科比-布莱恩特和二女儿Gianna在一起直升飞机事故中意外去世。在随后进行的一场常规赛中,快船客场挑

  5. NO.5 英超前瞻:红军不怕远征难,客场凯旋只等闲

    北京时间12月7日晚间11点,19-20赛季英超联赛第16轮,伯恩茅斯坐镇主场对阵利物浦。前15轮过后,利物浦积43分高居榜首,伯恩茅斯拿到16分排名第1

  6. NO.6 明天起,岳阳这五个点开售储备冻猪肉!

    好消息! 好消息! 好消息! 明天 我市正式 启动市级储备冻猪肉投放 为保障春节和“两会”期间猪肉市场供应,满足群众消费预期,经市人民政府

  7. NO.7 魅族官方发布消息:种下希望,收获更多希望

    玩懂手机网资讯,魅族官方发布消息表示,被这抹【绿】,种草了~魅族16T湖光绿,植树节,种下希望,收获更多希望。 根据魅族官方的消息,很可能

  8. NO.8 女星流量金字塔:赵丽颖力压杨幂登顶,宋茜追平刘诗诗和刘亦

    序言:近日,有网友做出了一张图——女明星101,也就是“女星流量金字塔”。一共有10个女星上榜:赵丽颖独占鳌头成为冠军;杨紫和杨幂平分秋色

Copyright2018.天天资讯网资讯站,让大家及时掌握各行各业第一手热门资讯!