使用全差分放大器时如何去掉电源

全差分放大器 (FDA)是一种多用途的工具，它可以替代balun(或与它一同使用)的同时，并且提供多种优点。与传统的使用单端输出的放大器相比，电路设计人员在使用由FDA实现的全差分信号处理频谱分析仪时，能够增加电路对外部噪声的抗扰度，从而将动态范围加倍，并且减少偶次谐波。

如果想要在运算放大器 (op amp)外部建立适当增益，将总共需要使用8个电阻，这设计起来将会十分复杂。现在，工程师只需要一半数量的电阻器和一个IC，就可以使用一个FDA来提供ADC的单端至差分接口和一个差分至差分接口。同时，这个IC无需balun便可以使得DC分量导通，这一点不同于提供DC隔离的balun。这个的关键点是在许多应用中需DC和低频的出色的频率响应。

基本上来说，FDA是具有两个放大器的器件。主差分放大器(从VIN至VOUT)由多个反馈路径和Vocm误差放大器组成，而Vocm误差放大器更多情况下被称为共模输出放大器。

Vocm放大器在内部采样差分电压(VOUT+和VOUT–)，并且将这个电压与施加到VOCM引脚上的电压相比较。通过一个内部反馈环路，Vocm放大器将Vocm误差放大器的“误差”电压(输入引脚间的电压)驱动为0，这样的话，VOUT_cm= Vocm。

如果VOCM引脚保持在悬空的状态时，通常由一个内部分压器将偏置点的缺省值设定为VCC/2(电源间的中间位置)。(VOCM)引脚上的Vocm设置会影响到总体输出摆幅(稍后讨论)。这些特性不同于具有单端输出的传统运算放大器。在传统运算放大器中，输出共模电压和单端输出实际上是会影响到运算放大器的动态范围的同一信号。

在使用全差分放大器(FDA)进行设计时，存在一个常见的误解。设计人员经常将单端双极信号转换为具有 DC 偏移的差分信号，以驱动具有单正电源的模数转换器(ADC)，其配置类似于图 1 所示的配置。

图 1：FDA 驱动 ADC

在此示例中，单端 +/-1V 信号被转换为增益为 -2 的差分信号并上移 1.5V 以驱动单电源 ADC。

误解是 FDA 必须有一个对称的负电源，因为它的输入相对于地是对称的。然而，如果 FDA 可以接受低至其负供应的输入，则对称负供应是不必要的。您实际上可以将电路板接地用作 FDA 的负电源，如图 2 所示。

图 2：执行单端到差分转换的典型 FDA 电路

由于地面上的负 FDA 供应，FDA 的负输出 Vout_neg 永远不会低于地面。由于 FDA 的正输入 Vin_pos 只是由 Rg/(Rg+Rf) 衰减的 Vout_neg，因此 Vin_pos 永远不会低于地面。FDA 的高开环增益会在两个输入之间产生虚拟短路，从而确保 FDA 的负输入 Vin_neg 永远不会低于地电位。

即使输入信号是伪差分并以负电压为参考，您仍然可以将地用作 FDA 的负电源。在图 3 中，假设 Vref = -0.1V，FDA 数据表中的最小 Vout 为 0.2V，Rf = 2Rg，增益为 -2：

图 3：具有伪差分输入的 FDA

FDA 正输入 Vin_pos 的最小输入公式如下：

FDA 输入的虚拟短路确保 FDA 的输入永远不会低于地面。

如果您设置 FDA 增益和 Vocm 以使最小 Vout_neg 高于 FDA 数据表中指定的作为最小输出的值，则可以接受更低的 Vref 值。

最重要的是，在将单端或伪差分信号转换为具有正偏移的差分信号时，具有负轨输入 (NRI) 的 FDA 可以节省负 FDA 电源的费用和电路板空间。请务必寻找 3V 和 5V 之间的单一 FDA 电源，并考虑使用高带宽、低功耗 FDA，例如THS4521。