帶精密電源基準(zhǔn)電平轉(zhuǎn)換的高性能差分放大器

 　　 采用小尺寸工藝設(shè)計(jì)的高性能ADC通常采用1.8V至5V單電源供電。為了處理±10 V或更大的信號(hào)，ADC一般前置一個(gè)放大器電路以衰減該信號(hào)，防止輸入端飽和。在信號(hào)包含大共模電壓時(shí)普遍采用差分放大器（diff amp）。

　　差分放大器抑制共模電壓的能力由增益設(shè)置電阻的比率匹配決定；匹配度越高，共模抑制比（CMR）越高。對(duì)于采用0.1%外部電阻的離散放大器，CMR限制為54 dB。集成緊密激光調(diào)整的電阻和運(yùn)算放大器的IC可實(shí)現(xiàn)高于80 dB的CMR。

　　如同許多其他模擬IC，早期的差分放大器一般采用±5V至±15V雙電源供電。隨著ADC和其他元件趨向于采用更低電源電壓，有一段時(shí)間差分放大器成為前端唯一需要雙電源的電路。但為這一個(gè)電路添加負(fù)電源相當(dāng)不便。

　　新型差分放大器可采用2.7V至15V單電源，但在某些工作條件下，運(yùn)算放大器的輸入輸出要全部接至負(fù)電壓軌（地）。要測(cè)量包含負(fù)共模電壓的信號(hào)，共模輸入必須升高以脫離負(fù)電壓軌。要測(cè)量負(fù)信號(hào)，放大器輸出必須升高以脫離負(fù)電壓軌。通過(guò)施加一個(gè)負(fù)電壓到基準(zhǔn)引腳即可實(shí)現(xiàn)這兩種電平轉(zhuǎn)換。例如，使用5V單電源，在參考引腳上的2.5V電壓源將輸出設(shè)為中間電源電壓并將升高運(yùn)算放大器輸入端呈現(xiàn)的共模電壓。該電源必須為低阻抗以避免降低CMR，而且要低漂移以在溫度范圍內(nèi)保持精度。圖1顯示了一種使用兩個(gè)外部精密電阻和一個(gè)低漂移精密運(yùn)算放大器的典型解決方案。

        圖2顯示一種使用AD8271差分放大器以及在該放大器上集成的多個(gè)精密調(diào)整的電阻實(shí)現(xiàn)更低成本、更高性能的替代解決方案。片上電阻將器件輸出設(shè)為中間電源電壓。這些電阻全部由相同的低漂移薄膜材料制成，所以它們?cè)跍囟确秶鷥?nèi)的比率匹配十分出色；它們經(jīng)過(guò)調(diào)整以匹配電路中的其他電阻，這樣不會(huì)降低出色的CMR性能。

　　精密可編程增益差分放大器

　　AD8271低失真、可編程增益差分放大器包含一個(gè)精密運(yùn)算放大器和七個(gè)激光調(diào)整的增益設(shè)置電阻，可實(shí)現(xiàn)0.5、1或2倍的用戶可選差分增益。它也可以配置為40種以上的單端配置，增益范圍為-2至+3。該器件分為兩級(jí)：B級(jí)特性規(guī)定為0.02%的最大增益誤差、2ppm/°C的最大增益漂移、600μV的最大失調(diào)電壓，以及80dB的最小共模抑制比；A級(jí)特性規(guī)定為0.05%的最大增益誤差、10ppm/°C的最大增益漂移、1000μV的最大失調(diào)電壓，以及74dB的最小共模抑制比。兩級(jí)特性都包括–110dB的諧波失真、15MHz的帶寬和30V/us的壓擺率。此速度和精度組合使該器件完全適合于儀表放大器、驅(qū)動(dòng)ADC、電平轉(zhuǎn)換和自動(dòng)測(cè)試設(shè)備。AD8271采用 5V至36V單電源或±2.5V至±18V雙電源，消耗電流2.3 mA。它采用10引腳MSOP封裝，額定溫度范圍為–40°C至+85°C，千片訂量報(bào)價(jià)為1.25美元/片。

圖1.中間電源輸出的單電源差分放大器

圖2. AD8271不需外部元件即可將輸出轉(zhuǎn)換成中間電源