差分驅(qū)動電路綜合知識集合

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　　普通單端電路相比，差分電路可以有效抑制輸入信號中的共模噪聲和地線電平電壓浮動對電路的影響，因此，在工業(yè)應(yīng)用中廣受青睞。隨著技術(shù)的發(fā)展，支持差分輸入的ADC、MCU 越來越多，由于差分傳輸能更好地抑制共模干擾，信號傳輸距離更遠，越來越多的場合將使用差分傳輸。
　　但是，一般的儀表放大器僅支持單端輸出。根據(jù)被放大信號的不同, 可以將差分放大電路分成兩種。一種是直流耦合差分放大電路， 其輸入端沒有隔直電容， 可以同時放大直流和交流信號。
　　單端至差分驅(qū)動器電路分析
　　模數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器，或簡稱ADC，通常是指一個將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為一個輸出的數(shù)字信號。本文主要給大家介紹單端至差分驅(qū)動器電路分析。
　　由于數(shù)字信號本身不具有實際意義，僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標準，比較常見的參考標準為最大的可轉(zhuǎn)換信號大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。
　　LTC2387-18轉(zhuǎn)換器電路圖
　　LTC2387-18 是一款具有差分輸入的 15Msps、高度線性、低噪聲 SAR 轉(zhuǎn)換器。該 ADC 兼具卓越的線性和寬動態(tài)范圍，因而成為了高速成像和儀表應(yīng)用的理想選擇。無延遲操作提供了一種面向高速控制環(huán)路應(yīng)用的獨特解決方案。高輸入頻率下的非常低失真可實現(xiàn)需要寬動態(tài)范圍和大信號帶寬的通信應(yīng)用。
　　在大多數(shù)場合中，通過采用一個差分輸入、差分輸出放大器驅(qū)動 ADC 輸入來優(yōu)化性能。在僅可提供一個單端信號的場合中，需要采用高性能運放以把一個單端信號轉(zhuǎn)換為一個適用于 LTC2387-18 的差分信號。
　　在上面的電路中，使用了兩個運放，一個用于同相通路，另一個用于反相通路。同相運放是一個電壓跟隨器，它的前面是一個 RC 低通濾波器。該濾波器可阻止非常高頻率信號到達 LT6201，它能夠在幾十 MHz 的頻率下運作。
　　反相運放由一個相同的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動。為了使信號反相，R5 和 R7 設(shè)定為 590Ω。這些電阻值反映了運放輸出電流、輸入失調(diào)電流和噪聲產(chǎn)生量之間的折衷。選定的電阻值加上 4V 峰至峰輸出電壓擺幅導致從運放輸出吸收一個 3.3mA 的峰值電流。采用較小的電阻值雖然有助于降低失調(diào)和噪聲，但是將從運放吸收更多的電流并產(chǎn)生更大的失真。
　　對于任何單端至差分轉(zhuǎn)換電路都存在著幾個折衷。第一個是產(chǎn)生的 DC 失調(diào)；采用兩個單獨的運放會助長 DC 失調(diào)的不良影響。造成這種狀況的主要原因是電路的反相運放部分，該部分必須包括額外的電阻器以實現(xiàn)反相。
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　　LT6201 的輸入失調(diào)電流有可能高達 4?A，并具有一個 1mV 的輸入失調(diào)電壓。這些會在電路的輸出端上產(chǎn)生一個大約幾 mV 的差分 DC 失調(diào)，其有可能達到數(shù)十 LSB。為了最大限度地抑制該影響，應(yīng)選擇一個具有低輸入偏置電流、失調(diào)電流和失調(diào)電壓的運放。第二個問題與所示電路中的電壓基準 Vcm 有關(guān)。
　　該節(jié)點上的任何噪聲都將作為差分噪聲直接映射至 ADC 的反相端子。因此，該電壓源必須盡可能地安靜，以避免降低 ADC 的 SNR。就 LTC2387-18 而言，典型 SNR 可能高達 97dBFS。由于全標度為 8.192Vpk-pk，因此 ADC 的噪聲層在一個 7.5MHz 帶寬內(nèi)達到約 41?VRMS。
　　例如，倘若電壓基準的噪聲電平為 41?VRMS，則它將使 ADC 的 SNR 下降 3dB。于是，基準的噪聲必須大大低于該數(shù)值，這樣就不會降低 ADC 的 SNR。請注意，如果輸入信號的 DC 共模電平不同于所示電路中的 Vcm，則在輸送至 ADC 的信號中將存在一個差分 DC 失調(diào)。
　　因此，當采用該電路時，運放的低失調(diào)水平和一個準確的低噪聲電壓基準對于實現(xiàn) ADC 的完整性能是至關(guān)緊要的。LTC6655 是一款非常適合 Vcm 的器件，其為精準型帶隙電壓基準，可提供優(yōu)越的噪聲和漂移性能。
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