Chau Tran and Jordyn Rombola

在許多應用中，需要低功耗、高性能差分放大器將小差分信號轉換為可讀的接地參考輸出信號。兩個輸入端的輸入電壓通常共享一個大的共模電壓。差分放大器抑制共模電壓，剩余電壓被放大，并以單端電壓的形式出現在放大器輸出端。抑制電壓可以是交流或直流，該共模電壓通常大于差分輸入電壓。抑制的有效性隨著共模電壓頻率的增加而降低。同一封裝內的放大器具有更好的匹配性、相同的寄生電容，并且無需外部布線。因此，高性能、高帶寬雙通道放大器的頻率性能優于分立放大器。

一個簡單的解決方案是使用具有阻性增益網絡的雙通道精密放大器，如圖1所示。本電路展示了一種將差分輸入轉換為增益可調的單端輸出的簡單方法。系統的增益可通過公式1設置：

其中增益 = RF/1 kΩ 和 （V在1 – V在2）是差分輸入電壓

圖 1.差分輸入、單端輸出放大器。

通常，當存在EMI或RFI時，這種技術可提供更穩定的讀數，因此，當噪聲存在問題時，建議使用該技術。在測量熱電偶、應變計和橋式壓力傳感器輸入時尤其如此，因為它們在嘈雜的環境中產生非常小的信號。

與單端輸入相比，該電路不僅可以測量傳感器正負端之間的電壓差，還可以提供共模抑制和一定的系統增益，從而提供性能改進。此外，傳感器接地可能與模擬接地不同。以地為基準的輸出電壓在許多應用中都很重要。系統的精度取決于網絡電阻的容差。

該電路可將差分輸入轉換為增益可調的單端輸出。系統的增益可以通過RF和RG1的比值來設置，假設RG2 = RG1，放大器B的增益為–1。

例如，ADA4807-2是一款180 MHz雙通道放大器，可用作此應用的反相放大器，該電路的噪聲更低。該電路每個放大器的靜態電流低至1000 μA，非常適合低功耗、高分辨率數據轉換系統。

輸入共模可以超過電源電壓。輸出為軌到軌，這使得其在存在大共模信號或大輸出電壓應用中非常有用。例如，數據采集板具有一個ADC，可接受0 V至5 V的單端輸入。然而，信號源恰好是從傳感器橋產生的差分電壓，其中在存在公共噪聲的情況下，一個端子擺動為正，而另一個端子根據壓力擺動為負。

圖2.簡單差分至單端放大器的性能。

圖2中的曲線是通過施加差分輸入電壓并改變電路增益得出的。RF的值決定了系統的增益。可以看出，該圖顯示了1、2和4的系統增益，1 kHz時的差分輸入電壓為1 V p-p。

該電路可用于測量兩個大電壓之間的微小差值。例如，考慮一種精度僅為1%的解決方案，用于監控典型惠斯通電橋電路，該電路在3 V電池供電系統中由3 V/GND激勵。使用1%或更好的電阻將允許所需的精度水平，并且電路將抑制任何共模，并通過電路設置的增益放大衰減的電橋信號。如果驅動ADC，則需要進行一些電平轉換，以獲得0 V至5 V范圍內的輸出信號。

該電路兼具出色的失真和低靜態電流。2 運算放大器解決方案可降低系統成本，使用差分放大器可產生更好的性能。

審核編輯：郭婷