差分到單端：僅使用一個(gè)差分放大器即可

許多應(yīng)用都需要使用低功耗、高性能的差分放大器，將小差分信號轉(zhuǎn)換成可讀的接地參考輸出信號。兩個(gè)輸入端通常共用一個(gè)大共模電壓。差分放大器會抑制共模電壓，剩余電壓經(jīng)放大后，在放大器輸出端表現(xiàn)為單端電壓。共模電壓可以是交流或直流電壓，此電壓通常會大于差分輸入電壓。抑制效果隨著共模電壓頻率增加而降低。相同封裝內(nèi)的放大器擁有更好的匹配性能、相同的寄生電容，并且不需要外部接線。因此，相比分立式放大器，高性能、高帶寬的雙通道放大器擁有更出色的頻率表現(xiàn)。

一些常見示例是 RF DAC 緩沖器或同軸電纜驅(qū)動器。大多數(shù)情況下，您可以使用磁性變壓器完成此操作，但有時(shí)變壓器無法工作。如果是這種情況，您可以使用全差分放大器(FDA) 嗎?答案是肯定的也許。

作為復(fù)習(xí)，F(xiàn)DA 有兩個(gè)不同的輸出可用。第一個(gè)輸出是最常用的：它由輸出之間的差異組成。另一個(gè)輸出一般認(rèn)為是寄生輸出;它是兩個(gè)輸出的平均值。共模輸出直流電平很重要;但是，它的導(dǎo)數(shù)應(yīng)該為零，這意味著它應(yīng)該沒有交流分量。事實(shí)上，情況并非如此。

讓我們看一個(gè)示例場景。LMH5401是一款具有超高帶寬的 FDA。脈沖響應(yīng)如圖 1 所示。左側(cè)是差分輸出響應(yīng)，右側(cè)是共模響應(yīng)。

現(xiàn)在我們已經(jīng)回顧了 FDA 的兩種主要輸出模式，讓我們看看兩種潛在的替代輸出：Out+ 單獨(dú)和 Out- 單獨(dú)?，F(xiàn)在，讓我們使用 的標(biāo)識并查看僅針對一個(gè)輸出的兩個(gè)主要響應(yīng)會發(fā)生什么。對于 FDA，閉環(huán)增益 = ) ; 給定相同的環(huán)路增益，僅使用一個(gè)輸出，即閉環(huán)增益。這清楚地表明，僅使用一個(gè)放大器輸出可將增益降低 6dB，或兩倍。使用像LMH5401這樣的放大器，您可以通過使用不同的外部電阻器將放大器增益設(shè)置為 2 倍來緩解這個(gè)缺點(diǎn)。同樣，如果您使用 FDA 作為衰減器，這種增益降低是一個(gè)額外的好處。

使用同樣的方法，放大器的共模將從 變?yōu)?。這種轉(zhuǎn)換表明，當(dāng)使用單端方法時(shí)，放大器輸出共模不再是一個(gè)有意義的概念，因?yàn)楣材：唵蔚氐扔谳敵?

為了更深入地了解放大器性能，我們需要使用比圖 1 更靈敏的設(shè)備。使用頻譜分析儀，我們可以在單音條件下以非常高的精度測量放大器失真。

清楚地表明單端輸出不提供差分條件的線性度。兩種條件下的輸出電壓均為 2Vpp。請注意，在單端輸出條件下，一個(gè)運(yùn)行 2Vpp 的輸出與差分輸出的 4Vpp 條件“相同”。

鑒于單端操作的嚴(yán)重缺陷，當(dāng)我們降低信號幅度以使條件更具可比性時(shí)會發(fā)生什么?圖 3 顯示了當(dāng)您降低信號幅度以使每個(gè)輸出擺動相同的電壓時(shí)會發(fā)生什么，無論結(jié)果是在單端模式還是差分模式下測量的。

清楚地表明，單端輸出或差分輸出的三階失真產(chǎn)物 (HD3) 非常相似——只要考慮到單端輸出的幅度損失。然而，二階失真產(chǎn)物 (HD2) 的結(jié)果是不可比較的。這是使用只有一個(gè)輸出的 FDA 的主要缺點(diǎn)。雖然當(dāng)輸出組合成差分信號時(shí)，每個(gè)輸出的 HD2 會取消，但單端輸出不會發(fā)生這種情況。

總之，使用 FDA 的單輸出可能適用于一些有限的應(yīng)用：當(dāng)信號處于放大器工作頻率范圍的低端時(shí)，當(dāng)信號幅度較小時(shí)，以及當(dāng)二階失真產(chǎn)物不是主要的性能指標(biāo)。