差分驅(qū)動(dòng)電路綜合知識(shí)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(hào)中的共模噪聲和地線(xiàn)電平電壓浮動(dòng)對(duì)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(lái)越多，由于差分傳輸能更好地抑制共模干擾，信號(hào)傳輸距離更遠(yuǎn)，越來(lái)越多的場(chǎng)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(hào)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(méi)有隔直電容， 可以同時(shí)放大直流和交流信號(hào)。
　　單端至差分驅(qū)動(dòng)器電路分析
　　模數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器，或簡(jiǎn)稱(chēng)ADC，通常是指一個(gè)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個(gè)輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出的數(shù)字信號(hào)。本文主要給大家介紹單端至差分驅(qū)動(dòng)器電路分析。
　　由于數(shù)字信號(hào)本身不具有實(shí)際意義，僅僅表示一個(gè)相對(duì)大小。故任何一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個(gè)參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，比較常見(jiàn)的參考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號(hào)大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號(hào)相對(duì)于參考信號(hào)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(xiàn)性、低噪聲 SAR 轉(zhuǎn)換器。該 ADC 兼具卓越的線(xiàn)性和寬動(dòng)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(wú)延遲操作提供了一種面向高速控制環(huán)路應(yīng)用的獨(dú)特解決方案。高輸入頻率下的非常低失真可實(shí)現(xiàn)需要寬動(dòng)態(tài)范圍和大信號(hào)帶寬的通信應(yīng)用。
　　在大多數(shù)場(chǎng)合中，通過(guò)采用一個(gè)差分輸入、差分輸出放大器驅(qū)動(dòng) ADC 輸入來(lái)優(yōu)化性能。在僅可提供一個(gè)單端信號(hào)的場(chǎng)合中，需要采用高性能運(yùn)放以把一個(gè)單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)適用于 LTC2387-18 的差分信號(hào)。
　　在上面的電路中，使用了兩個(gè)運(yùn)放，一個(gè)用于同相通路，另一個(gè)用于反相通路。同相運(yùn)放是一個(gè)電壓跟隨器，它的前面是一個(gè) RC 低通濾波器。該濾波器可阻止非常高頻率信號(hào)到達(dá) LT6201，它能夠在幾十 MHz 的頻率下運(yùn)作。
　　反相運(yùn)放由一個(gè)相同的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)。為了使信號(hào)反相，R5 和 R7 設(shè)定為 590Ω。這些電阻值反映了運(yùn)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(dǎo)致從運(yùn)放輸出吸收一個(gè) 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(yùn)放吸收更多的電流并產(chǎn)生更大的失真。
　　對(duì)于任何單端至差分轉(zhuǎn)換電路都存在著幾個(gè)折衷。第一個(gè)是產(chǎn)生的 DC 失調(diào)；采用兩個(gè)單獨(dú)的運(yùn)放會(huì)助長(zhǎng) 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(yùn)放部分，該部分必須包括額外的電阻器以實(shí)現(xiàn)反相。
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　　LT6201 的輸入失調(diào)電流有可能高達(dá) 4?A，并具有一個(gè) 1mV 的輸入失調(diào)電壓。這些會(huì)在電路的輸出端上產(chǎn)生一個(gè)大約幾 mV 的差分 DC 失調(diào)，其有可能達(dá)到數(shù)十 LSB。為了最大限度地抑制該影響，應(yīng)選擇一個(gè)具有低輸入偏置電流、失調(diào)電流和失調(diào)電壓的運(yùn)放。第二個(gè)問(wèn)題與所示電路中的電壓基準(zhǔn) Vcm 有關(guān)。
　　該節(jié)點(diǎn)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(dá) 97dBFS。由于全標(biāo)度為 8.192Vpk-pk，因此 ADC 的噪聲層在一個(gè) 7.5MHz 帶寬內(nèi)達(dá)到約 41?VRMS。
　　例如，倘若電壓基準(zhǔn)的噪聲電平為 41?VRMS，則它將使 ADC 的 SNR 下降 3dB。于是，基準(zhǔn)的噪聲必須大大低于該數(shù)值，這樣就不會(huì)降低 ADC 的 SNR。請(qǐng)注意，如果輸入信號(hào)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(hào)中將存在一個(gè)差分 DC 失調(diào)。
　　因此，當(dāng)采用該電路時(shí)，運(yùn)放的低失調(diào)水平和一個(gè)準(zhǔn)確的低噪聲電壓基準(zhǔn)對(duì)于實(shí)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(zhǔn)型帶隙電壓基準(zhǔn)，可提供優(yōu)越的噪聲和漂移性能。
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