使用负输入电压的单电源全差动放大器驱动ADC

引言

单 +5V 电源的全差动放大器(FDA)，可以轻松用于将在接地电压附近上下摆动的单端信号转换为经过电平转换的差动信号，目的是满足差动输入ADC的输入共模要求。要完成这项工作，并没有什么真正的技巧，但一般而言最好是使用一种输入共模电压范围(VICR)包括了接地电压的器件，例如：THS4521。我们通过对一个建议电路进行分析，来表明一个单+5V电源的FDA如何能够用于实现这种设计。

我们将一些FDA同两个以差动结构配置且通过一个共模输出环路连接的标准反相单端输出运算放大器(op amps)进行了对比。尽管理论上是有效的，但存在一些重要的差异。就我们的讨论而言，需要记住的一个重要差异是当使用一个反相配置的标准单端输出运算放大器时，输入共模受到控制;但当使用一个FDA时，输出共模受到控制。

当使用一个反相配置的标准单端输出运算放大器时，正输入并非通过电源驱动，且一般连接接地电压或者其它基准电压。运算放大器输入引脚的输入共模电压，保持在负反馈施加给正输入的电压水平，其中运算放大器将其输入引脚的误差电压驱动至0V。这种情况通常被称为虚拟短路，其为运算放大器理论中一种重要的概念。

当使用一个FDA将单端输入转换为差动输出时，非电源驱动的交流输入通过反馈网络由输出来驱动。虚拟短路概念仍然有效，但输入不再连接至基准电压，并随信号来回移动。输出共模电压受到输入到V_OCM引脚的控制。

推荐电路

单端双极输入信号的推荐电路如图1所示。V_S+是放大器的电源;负电源输入接地。V_IN为输入信号源，其表现为一个在接地电位(±0V)附近摆动的接地参考信号，从而形成一个双极信号。R_G和R_F为放大器的主增益设置电阻。V_OUT+和V_OUT-为ADC的差动输出信号。它们的相位差为180°，并且电平转换为V_OCM。