如何使用全差分放大器作為電平轉(zhuǎn)換器

許多信號(hào)路徑是直流 (DC) 耦合的，當(dāng)信號(hào)路徑的不同部分需要不同的工作條件時(shí)，這可能會(huì)帶來挑戰(zhàn)。信號(hào)路徑的許多部分都以地為參考，其中信號(hào)以大約 0V 的平均值或中間值變化。

如果所有信號(hào)都具有相同的參考電壓，則直流耦合將非常容易。不幸的是，事實(shí)并非如此。采用單電源供電的設(shè)備，如混頻器或模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ( ADC )，通常具有非 0V 的參考電壓（共模）。在保留 DC 信息的同時(shí)連接這些設(shè)備可能具有挑戰(zhàn)性。

一些電路元件，如全差分放大器(FDA) 可以幫助應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。然而，充分利用 FDA 共模轉(zhuǎn)換功能需要一些先進(jìn)的規(guī)劃。第一個(gè)設(shè)計(jì)考慮是繪制電路的所有直流工作點(diǎn)，以便找出需要轉(zhuǎn)換的電壓和方向。下一步是選擇能夠緩解電壓偏移的電源配置。雖然許多設(shè)備使用“單電源”運(yùn)行，但可能無法讓所有電源電壓都為正。圖 1 顯示了一個(gè)簡單的示例。

圖 1：典型的共模移位電路

如圖 1 所示，相關(guān)信號(hào)以地為參考，而 ADC 輸入必須以 1.225V 為中心。LMH5401 是一種非常寬帶的直流耦合 FDA，可以提供共模轉(zhuǎn)換。LMH5401 可以在輸出偏移約 0.5V 和輸入偏移 1.0V 的情況下工作。

LMH5401器件是一種非常高性能的差分放大器，引腳對(duì)射頻（RF）、中頻（IF）或高速、直流耦合、時(shí)域應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。該器件非常適合在驅(qū)動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）時(shí)可能需要單端到差分（SE-DE）轉(zhuǎn)換的直流或交流耦合應(yīng)用。在SE-DE或差分-差分（DEDE）模式下工作時(shí)，LMH5401產(chǎn)生極低水平的二階和三階失真。

該放大器經(jīng)過優(yōu)化，可用于SE-DE和DE-DE系統(tǒng)。該設(shè)備具有前所未有的可用帶寬，從直流到2GHz。LMH5401可用于信號(hào)鏈中的SE-DE轉(zhuǎn)換，無需外部BALUN，廣泛應(yīng)用于測試和測量、寬帶通信和高速數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域。

共模參考輸入引腳將放大器輸出共模與ADC輸入要求對(duì)齊?？蛇x擇3.3 V和5 V之間的電源，并在應(yīng)用需要時(shí)支持雙電源操作。斷電功能也可用于節(jié)能。

圖 1 所示的系統(tǒng)需要 1.225V 的移位。通過結(jié)合輸入和輸出移位，我們可以在一個(gè)階段實(shí)現(xiàn)必要的移位。該電路確實(shí)需要 +3.5V 和 -1.5V 的定制電源。簡單、廉價(jià)的開關(guān)電源可以通過單個(gè) 5V 板電源總線提供這些電源電壓。

圖 2 中的圖表顯示了圖 3 中電路的結(jié)果。由于差分探頭不會(huì)捕獲共模數(shù)據(jù)，因此我們的電路中至少需要一個(gè)單端探頭來測量共模電壓。在圖 3 中只有一個(gè)這樣的探針：V_OUTP。因?yàn)?V_ADC（差分探頭）中沒有顯示直流偏移，所以我們知道放大器輸出引腳是對(duì)稱的，我們不需要另一個(gè)探頭。輸入信號(hào)既是單端信號(hào)又是以地為參考的，因此只需要一個(gè)探頭即可捕獲輸入信號(hào)。

圖 2：電壓電平

圖 3：TINA-TI? 原理圖

直流電壓電平在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可能非常具有挑戰(zhàn)性。通過利用靈活的電源電壓和 FDA 等放大器，我們可以對(duì)具有不同平均（共模）電壓的信號(hào)進(jìn)行直流耦合。