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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威廉希尔官方网站，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威廉希尔官方网站，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。

图 1. 改进的单端转差分威廉希尔官方网站

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，那么该威廉希尔官方网站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威廉希尔官方网站

将环路内部差分放大器的增益配置为大于 1 的值，可提高威廉希尔官方网站的输出动态范围（图 2）。输出通过下式计算：

其中 RG 保持开路，威廉希尔官方网站的总增益为 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 所示威廉希尔官方网站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，实现威廉希尔官方网站的最大输出摆幅。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
可以修改威廉希尔官方网站，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 所示威廉希尔官方网站中，输入以 VREF 为基准。参见图 3 所示威廉希尔官方网站，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，得到威廉希尔官方网站的总开环增益，其定义威廉希尔官方网站的总带宽。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，并可能影响威廉希尔官方网站整体的稳定性。威廉希尔官方网站设计人员须检查威廉希尔官方网站整体的频率响应，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 所示威廉希尔官方网站在带宽约为 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，将威廉希尔官方网站整体的带宽限制为：

可以适当选择电容和反馈电阻，使总带宽受上式限制。

jiciwi · 2020-4-10 11:04:46

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