单端至差分放大器设计技巧

作者：Philip Karantzalis 和 Tim Regan

全差分放大器通常用于将单端信号转换为差分信号，这种设计需要考虑三个重要因素：单端源的阻抗必须与差分放大器的单端阻抗匹配，放大器的输入必须保持在共模电压限值内，输入信号必须电平转换为以所需输出共模电压为中心的信号。

在所有情况下，输入阻抗必须与源阻抗匹配，以防止高频反射。在单端源直流耦合至单电源差分放大器的设计中，电平转换和共模限值也是重要的考虑因素。这三个设计参数的相互作用并非易事 — 元件选择需要使用此处描述的方程进行电子表格分析。

输入阻抗匹配

如果使用输入交流耦合，则阻抗匹配是唯一的设计问题。图1示出了一个电路示例，该电路将50Ω单端源与交流耦合LTC6400-20差分放大器匹配，增益为20dB，由内部电阻器设定。

图1.具有固定增益集成电阻的差分放大器的阻抗匹配。

66.5Ω电阻，RT，与 +IN 输入阻抗并联，Z在，使电路输入阻抗与50Ω源相匹配。通过在–IN输入R28处增加7.2Ω电阻，可提供差分平衡。平衡电阻可确保输入端具有等效的反馈因数，从而防止较大的直流偏移。

要计算外部电阻值，请首先计算Z在.然后计算 RT用于阻抗匹配，R2 值用于差分平衡。整体单端至差分增益（GAIN）必须考虑R的输入衰减S和 RT电阻分压器和添加R2的效果。在本例中，放大器从信号源到差分输出的总增益仅为4.44，即使放大器的固定增益为10。

通过输入端的交流耦合，放大器的输入共模电压等于其输出共模电压，单端信号自动电平转换到以输出共模电压为中心的输出差分信号。

如果输入共模电压不是0V，并且电源无法将直流电流输送到116.5Ω（50Ω + 66.5Ω），则还需要交流耦合66.5Ω电阻。

直流耦合差分放大器

具有源阻抗匹配和输入电平转换功能的通用直流耦合单端至差分放大器电路如图2所示。电平转换由基准电压（VREF).如果 VREF设置为等于输入共模电压（V英格姆），然后将单端输入信号转换为以输出共模电压（VOCM).

图2.差分放大器的阻抗匹配和电平转换，增益由外部电阻器设置。

带有外部电阻的单端至差分放大器设计提供了额外的设计选项：指定放大器增益。图2显示了R时的设计公式FR1电阻是可选的，不是固定的。

该电路的设计从R1值开始。该电阻必须大于输入源电阻，但不能大到增加电路噪声。接下来，计算反馈电阻R的值F使用所需增益 （GN）。然后计算电阻器R的值T和 R2。

图3所示为单端至差分放大器示例，该放大器匹配75Ω源，电平转换从2.5V输入共模电压到1.25V输出共模电压（驱动高速ADC通常需要从5V单端电路转换到3V差分电路的典型电平转换）。图3放大器的单端至差分增益为2 （1VP-P输入信号放大至2VP-P差分输出信号，高速ADC的典型输入电压范围）。

图3.综合起来：一个133MHz差分放大器，具有外部增益设置电阻，阻抗匹配至一个75Ω源，并从2.5V转换至1.25V。

对于线性操作，不得超过放大器的输入共模限值。图2显示了偏置电压（VT） 的输入 T 网络 （RS/ 1T和R1）和差分放大器输入端的共模电压。例如，在图3中，放大器输入端的1.99V至2.44V（由V计算一个公式）完全在 LTC6406 的轨至轨输入共模范围内 （0V 至 V）。+

放大器	GBW GHz	压摆率 V/μs	电压噪声 nV/√Hz	增益 I/O
LTC6400-26	1.9	6670	1.5	20
LTC6400-20	1.8	4500	2.1	10
LTC6400-14	1.9	4800	2.5	5
LTC6400-8	2.2	3810	3.7	2.5
LTC6401-20	1.3	4500	2.1	10
LTC6401-14	2	3600	2.5	5
LTC6404-1	0.5	450	1.5	R SET
LTC6404-2	0.9	700	1.5	R SET
LTC6405	2.7	690	1.6	R SET
LTC6406	3	630	1.6	R SET