最近在使用全差分运放AD8132对高频和低频信号进行处理过程中,一度对全差分运放再度陌生,在对芯片资料进行详细阅读分析以及参考网络博客的过程中,逐渐揭开了全差分运放的神秘面纱。
全差分放大器 (FDA):即指输入和输出都是差分信号的运放,其优点为能提供更低的噪声,较大的输出电压摆幅和共模抑制比,可较好地抑制谐波失真的偶数阶项等。
单端信号输入差分信号输出的应用,其端接电阻值极端就比较繁琐,需要多次迭代才可以达到理想的匹配以及增益。
首先根据应用初步确定增益电阻RG以及分馈电阻RF,并且RF1=RF2,RG1=RG2以保持差分放大的平衡。
根据图中式子求出输入端等效阻抗值RIN。
为了匹配信号源阻抗RS,需要做到RS=RT//RIN,可以计算出端接电阻RT。
根据戴维南定理可以得到信号源的等效信号源模型,VIN(等效)=Vin(源)*RT*RS/(RT+RS),简单讲就是分压原理;
然后计算等效信号源的内阻:Rs=RT//RS(RS代表原始内阻,Rs代表等效变换之后的等效内阻)。
更换为等效信号源之后将等效内阻Rs考虑到增益电阻RG1之中,为了保持设计平衡,同样的在RG2端增加一个电阻RTS=Rs。
由于增益电阻增加了RTS,相应的增益会比设计之初增大一些,需要调整RF使得增益达到理想值。依次迭代,直到得出比较理想的增益以及阻抗匹配网络。
举例:当RG=RF=200时:输入阻抗RIN=267。
带源电阻和终端电阻的单端电路
单端输入电阻为267Ω。并联电阻RT应等于61.5Ω,才能将267Ω输入电阻减小至50Ω。
这个电路初看起来非常完整,但不匹配的61.5Ω电阻与50Ω的并联并增加到了上面的RG电阻( 61.5//50=27.57),这就改变了增益和单端输入电阻,并且造成反馈系数失配。在低增益情况下,输入电阻的变化很小,暂时可以忽略,但反馈系数仍然必须匹配。解决这个问题的最简单方法是增加下面RG的阻值。
根据戴维南定理可以得到信号源的等效信号源模型:
最终电路
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作者:杭州卿萃科技ALIFPGA
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