如何使用全差分放大器作为电平转换器

许多信号路径是直流 (DC) 耦合的，当信号路径的不同部分需要不同的工作条件时，这可能会带来挑战。信号路径的许多部分都以地为参考，其中信号以大约 0V 的平均值或中间值变化。

如果所有信号都具有相同的参考电压，则直流耦合将非常容易。不幸的是，事实并非如此。采用单电源供电的设备，如混频器或模数转换器 ( ADC )，通常具有非 0V 的参考电压（共模）。在保留 DC 信息的同时连接这些设备可能具有挑战性。

一些电路元件，如全差分放大器(FDA) 可以帮助应对这一挑战。然而，充分利用 FDA 共模转换功能需要一些先进的规划。第一个设计考虑是绘制电路的所有直流工作点，以便找出需要转换的电压和方向。下一步是选择能够缓解电压偏移的电源配置。虽然许多设备使用“单电源”运行，但可能无法让所有电源电压都为正。图 1 显示了一个简单的示例。

图 1：典型的共模移位电路

如图 1 所示，相关信号以地为参考，而 ADC 输入必须以 1.225V 为中心。LMH5401 是一种非常宽带的直流耦合 FDA，可以提供共模转换。LMH5401 可以在输出偏移约 0.5V 和输入偏移 1.0V 的情况下工作。

LMH5401器件是一种非常高性能的差分放大器，引脚对射频（RF）、中频（IF）或高速、直流耦合、时域应用进行了优化。该器件非常适合在驱动模数转换器（ADC）时可能需要单端到差分（SE-DE）转换的直流或交流耦合应用。在SE-DE或差分-差分（DEDE）模式下工作时，LMH5401产生极低水平的二阶和三阶失真。

该放大器经过优化，可用于SE-DE和DE-DE系统。该设备具有前所未有的可用带宽，从直流到2GHz。LMH5401可用于信号链中的SE-DE转换，无需外部BALUN，广泛应用于测试和测量、宽带通信和高速数据采集等领域。

共模参考输入引脚将放大器输出共模与ADC输入要求对齐。可选择3.3 V和5 V之间的电源，并在应用需要时支持双电源操作。断电功能也可用于节能。

图 1 所示的系统需要 1.225V 的移位。通过结合输入和输出移位，我们可以在一个阶段实现必要的移位。该电路确实需要 +3.5V 和 -1.5V 的定制电源。简单、廉价的开关电源可以通过单个 5V 板电源总线提供这些电源电压。

图 2 中的图表显示了图 3 中电路的结果。由于差分探头不会捕获共模数据，因此我们的电路中至少需要一个单端探头来测量共模电压。在图 3 中只有一个这样的探针：V_OUTP。因为 V_ADC（差分探头）中没有显示直流偏移，所以我们知道放大器输出引脚是对称的，我们不需要另一个探头。输入信号既是单端信号又是以地为参考的，因此只需要一个探头即可捕获输入信号。

图 2：电压电平

图 3：TINA-TI™ 原理图

直流电压电平在系统设计中可能非常具有挑战性。通过利用灵活的电源电压和 FDA 等放大器，我们可以对具有不同平均（共模）电压的信号进行直流耦合。