详解转差分电路提升系统动态范围

差分信号适合于需要大信噪比、高抗扰度和较低二次谐波失真的电路，例如高性能ADC驱动和高保真度音频信号处理等应用。《模拟对话》曾刊载过一篇相关文章——“多功能、低功耗、精密单端差分转换器”1，其中介绍了一种有很大改进的单端转差分电路，它具有很高输入阻抗，最大输入偏置电流为2 nA，最大失调 （RTI） 为60 μV，最大失调漂移为0.7 μV/°C。性能改进是通过在反馈环路中将OP1177与差分增益为1的AD8476级联而实现的

图1. 改进的单端转差分电路

然而，许多应用需要更大的输出动态范围，例如温度和压力传感器输出的信号调理等。如果还能调节共模，那么该电路将能非常方便地与许多ADC接口，其基准电压决定满量程范围。

图2. 具有改进动态范围的单端转差分电路

将环路内部差分放大器的增益配置为大于1的值，可提高电路的输出动态范围（图2）。输出通过下式计算：

其中RG保持开路，电路的总增益为2。A1 （OP1177） 的输出通过下式计算：

注意：VREF始终增加到OP1177的输出上，从而会限制其输出裕量。多数应用中，VREF（输出共模）设置在电源的中点，以提供最大输出动态范围。环路内部增益大于1的差分放大器，例如2中的ADA4940（增益为2），可降低A1输出电压，降低倍数为A2的差分增益，这样便有助于避免图A1输出饱和。采用±5 V电源时，OP1177的典型输出摆幅为4.1 V，因此，当VREF设置为0时，图2所示电路的差分输出电压摆幅约为±8 V。将A2增益配置为3可进一步改善输出动态范围，实现电路的最大输出摆幅。另一个可用增益为1、2和3的放大器ADA4950，也适合用作A2。