單端至差分放大器設計技巧

作者：Philip Karantzalis 和 Tim Regan

全差分放大器通常用于將單端信號轉換為差分信號，這種設計需要考慮三個重要因素：單端源的阻抗必須與差分放大器的單端阻抗匹配，放大器的輸入必須保持在共模電壓限值內，輸入信號必須電平轉換為以所需輸出共模電壓為中心的信號。

在所有情況下，輸入阻抗必須與源阻抗匹配，以防止高頻反射。在單端源直流耦合至單電源差分放大器的設計中，電平轉換和共模限值也是重要的考慮因素。這三個設計參數的相互作用并非易事 — 元件選擇需要使用此處描述的方程進行電子表格分析。

輸入阻抗匹配

如果使用輸入交流耦合，則阻抗匹配是唯一的設計問題。圖1示出了一個電路示例，該電路將50Ω單端源與交流耦合LTC6400-20差分放大器匹配，增益為20dB，由內部電阻器設定。

圖1.具有固定增益集成電阻的差分放大器的阻抗匹配。

66.5Ω電阻，RT，與 +IN 輸入阻抗并聯，Z在，使電路輸入阻抗與50Ω源相匹配。通過在–IN輸入R28處增加7.2Ω電阻，可提供差分平衡。平衡電阻可確保輸入端具有等效的反饋因數，從而防止較大的直流偏移。

要計算外部電阻值，請首先計算Z在.然后計算 RT用于阻抗匹配，R2 值用于差分平衡。整體單端至差分增益（GAIN）必須考慮R的輸入衰減S和 RT電阻分壓器和添加R2的效果。在本例中，放大器從信號源到差分輸出的總增益僅為4.44，即使放大器的固定增益為10。

通過輸入端的交流耦合，放大器的輸入共模電壓等于其輸出共模電壓，單端信號自動電平轉換到以輸出共模電壓為中心的輸出差分信號。

如果輸入共模電壓不是0V，并且電源無法將直流電流輸送到116.5Ω（50Ω + 66.5Ω），則還需要交流耦合66.5Ω電阻。

直流耦合差分放大器

具有源阻抗匹配和輸入電平轉換功能的通用直流耦合單端至差分放大器電路如圖2所示。電平轉換由基準電壓（VREF).如果 VREF設置為等于輸入共模電壓（V英格姆），然后將單端輸入信號轉換為以輸出共模電壓（VOCM).

圖2.差分放大器的阻抗匹配和電平轉換，增益由外部電阻器設置。

帶有外部電阻的單端至差分放大器設計提供了額外的設計選項：指定放大器增益。圖2顯示了R時的設計公式FR1電阻是可選的，不是固定的。

該電路的設計從R1值開始。該電阻必須大于輸入源電阻，但不能大到增加電路噪聲。接下來，計算反饋電阻R的值F使用所需增益 （GN）。然后計算電阻器R的值T和 R2。

圖3所示為單端至差分放大器示例，該放大器匹配75Ω源，電平轉換從2.5V輸入共模電壓到1.25V輸出共模電壓（驅動高速ADC通常需要從5V單端電路轉換到3V差分電路的典型電平轉換）。圖3放大器的單端至差分增益為2 （1VP-P輸入信號放大至2VP-P差分輸出信號，高速ADC的典型輸入電壓范圍）。

圖3.綜合起來：一個133MHz差分放大器，具有外部增益設置電阻，阻抗匹配至一個75Ω源，并從2.5V轉換至1.25V。

對于線性操作，不得超過放大器的輸入共模限值。圖2顯示了偏置電壓（VT） 的輸入 T 網絡 （RS/ 1T和R1）和差分放大器輸入端的共模電壓。例如，在圖3中，放大器輸入端的1.99V至2.44V（由V計算一個公式）完全在 LTC6406 的軌至軌輸入共模范圍內 （0V 至 V）。+