模數轉換器差分輸入前端設計 — HA1001E型高速差分放大器應用指南1

近日，深圳市乾鴻微電子有限公司發布了HA1001E型高速差分放大器，該產品具有全差分輸入/輸出結構、優秀的共模噪聲抑制能力和改善總諧波失真等優點，可應用于模數轉換器（ADC）驅動器、差分有源濾波器、輸出電平轉換等領域。

什么是差分放大器？

全差分放大器在結構上與標準的電壓反饋運算放大器非常相似，具體的差異如下圖所示。這兩種放大器在接收到差分輸入時，全差動放大器既可以輸出單端信號也可以是輸出查分信號，而標準運放只能輸出單端信號。在全差分放大器中，輸出信號是差分的，輸出共模電壓可以獨立于差分電壓控制，全差分放大器中Vocm端口的功能是調節輸出共模電壓。在單端輸出的標準運放中，輸出共模電壓是信號方式，無法像全差分放大器一樣通過Vocm端口控制。在標準運放中，從輸出到負輸入通常有一條反饋路徑，一個全差分放大器則有多個反饋路徑。

全差分運放與標準運放對比圖

ADC驅動電路全差分放大器的優點

增強對外部噪音的抑制力

增加輸出電壓擺幅

低壓系統的理想選擇

簡化設計

改善總諧波失真

為什么要在設計中使用差分放大器？

全差分放大器將單端轉差分示意圖

相比于偽差分輸入和一對單端運放作為ADC前置來實現單端信號至差分信號的轉換，全差分放大器有著更低的輸入噪聲電壓、更低的功耗并且可以降低總諧波失真。相同功率下，單一全差分放大器的輸入噪聲電壓為一對標準運放輸入噪聲電壓的1/√2；采用單電源供電時，可以雙極性信號輸入并輸出單極性信號來消除負電源等不必要的信號衰減級對整個系統的影響，降低系統復雜程度，提升系統精度。

HA1001E放大器應用于ADC前置單端轉換

HA1001E將單端信號輸入至ADC差分輸入端應用示例

差分輸入相較于單端輸入具有抗干擾能力強、有效抑制電磁干擾（EMI）和時序定位準確等特點，常見的高分辨率精密ADC均使用差分輸入來提升其性能。深圳市乾鴻微電子有限公司自主設計并基于國內代工廠工藝流片的HA1001E型高速差分放大器十分適合應用于ADC前置單端至差分轉換。該芯片具有全差分輸入、全差分輸出的放大器結構，對于共模噪聲有著極好的抑制能力，并改善總諧波失真；VOCM端口可以調節輸出共模電平。該產品采用塑封SOP8封裝，適用于作為具有差分輸入的ADC的前置驅動，有助于實現整個系統的低噪聲、低功耗和低諧波失真。

HA1001E型高速差分放大器的優勢參數

HA1001E型高速差分放大器作為ADC前置驅動時有數個關鍵參數，包括輸入共模電壓范圍（ICMVR）、輸出擺幅、諧波失真、帶寬和壓擺率等。

輸入共模電壓范圍規定了可應用于差分放大器輸入端不影響正常運行的電壓范圍，HA1001E輸入共模電壓范圍0.35V-3.3V（單電源3.3V供電時），具有偏移型輸入結構，能夠處理雙極性輸入信號；輸出擺幅指放大器輸出端為實現ADC滿幅度輸入范圍驅動的擺動范圍，HA1001E輸出電壓擺幅為0.06V，能夠實現ADC動態范圍的最大化；低的諧波失真對于不論寬帶ADC還是精密ADC都非常重要，HA1001E能夠改善總諧波失真，使得環路增益穩定；小信號帶寬為器件帶寬，壓擺率衡量了放大器輸出端在大信號擺幅下的最大變化率，HA1001E的-3dB帶寬為110M，壓擺率65V/Us，可匹配中帶寬ADC對前置緩沖驅動的需求。