使用负输入电压的单电源全差动放大器驱动adc-德州仪器.pdf

使用负输入电压的单电源全差动放大器驱动 ADC 作者：Jim Karki，德州仪器 (TI) 高性能模拟实验室研究组成员 电路分析 推荐电路 单端双极输入信号的推荐电路如图 1 所示。Vs+ 是放大器的电源；负电源输入 接地。VIN 为输入信号源，其表现为一个在接地电位（±0 V ）附近摆动的接地参 考信号，从而形成一个双极信号。RG 和 RF 为放大器的主增益设置电阻。VOUT+ o 和 VOUT- 为 ADC 的差动输出信号。它们的相位差为 180 ，并且电平转换为 VOCM 。 图 1 单端双极输入电路 分析 为了方便分析，我们可以假设 FDA 为一个无偏移且具有无穷增益的理想放大 器。 单端输入到差动输出的增益由 R 和 R 设定： F G (1) 请注意，正如其他能够用于将单端输入转换为差动输出的许多器件和电路构架一 样，此处也没有乘以 2 。 每个单端输出均为差动输出共模电压 (+VOCM) 的 1/2： 且 为了能够正常的运行，VP 和 VN 的输入电压不得超出放大器的输入共模电压范 围 (VICR)，同时各输出必须要能支持 ADC 输入的电压摆幅要求。超出 VICR 会 导致非线性运行，从而增加失真，并且有时会被误认为是输出饱和问题。 为了确认没有超出 VICR ，我们可使用虚拟短路概念来计算 FDA 输入引脚的电 压，因为 VP ≈ VN 。我们可以使用下列任一方程式，但方程式 3 最为简单。 由于输出和输入共模电压之间存在差异，因此反馈电路吸收的电流等于共模电压 除以 R + R 的差。如果 FDA 两端的增益设置电阻不匹配，则共模电压差还 F G 会导致输出偏差量。所以使用具有 1% 或更好低容差的电阻很重要。 举例 要了解这种电路的工作原理，我们可以假设输入信号为 2 VPP，而要驱动的 ADC 为 ADS1278 。ADS1278 的全量程差动输入为 5VPP，而输入共模电压为 +2.5V 。 我们可以将具有单 +5-V 电源的 THS4521 用作 FDA 。 我们必须确定 THS4521 可以支持这些要求电压。避免 ADC 饱和的最大增益 为 2.5 V/V 。可使用方程式 1 将 RF 设置为 1kΩ，将 RG 设置为 400 Ω 。要将 ADC 的要求输入共模电压设置为 +2.5V ，可以利用一个 0.1-μF 电容将 THS4521 的 VOCM 旁路接地，因为在未获驱动的情况下 VOCM 默认值为供电电 压中间值 （+2.5 V）。这样，每个输出都会围绕 +2.5V 摆动 2.5 VPP （±1.25 V ）， 因此输出需要支持 +1.25V 到 +3.75V 。查看 THS4521 产品说明书后便知该 要求输出电压范围在规范范围内。请注意，具有不同输入共模电压要求的其他转 换器需要 DC 偏置 VO