模数转换器差分输入前端设计 — HA1001E型高速差分放大器应用指南1

近日，深圳市乾鸿微电子有限公司发布了HA1001E型高速差分放大器，该产品具有全差分输入/输出结构、优秀的共模噪声抑制能力和改善总谐波失真等优点，可应用于模数转换器（ADC）驱动器、差分有源滤波器、输出电平转换等领域。

什么是差分放大器？

全差分放大器在结构上与标准的电压反馈运算放大器非常相似，具体的差异如下图所示。这两种放大器在接收到差分输入时，全差动放大器既可以输出单端信号也可以是输出查分信号，而标准运放只能输出单端信号。在全差分放大器中，输出信号是差分的，输出共模电压可以独立于差分电压控制，全差分放大器中Vocm端口的功能是调节输出共模电压。在单端输出的标准运放中，输出共模电压是信号方式，无法像全差分放大器一样通过Vocm端口控制。在标准运放中，从输出到负输入通常有一条反馈路径，一个全差分放大器则有多个反馈路径。

全差分运放与标准运放对比图

ADC驱动电路全差分放大器的优点

增强对外部噪音的抑制力

增加输出电压摆幅

低压系统的理想选择

简化设计

改善总谐波失真

为什么要在设计中使用差分放大器？

全差分放大器将单端转差分示意图

相比于伪差分输入和一对单端运放作为ADC前置来实现单端信号至差分信号的转换，全差分放大器有着更低的输入噪声电压、更低的功耗并且可以降低总谐波失真。相同功率下，单一全差分放大器的输入噪声电压为一对标准运放输入噪声电压的1/√2；采用单电源供电时，可以双极性信号输入并输出单极性信号来消除负电源等不必要的信号衰减级对整个系统的影响，降低系统复杂程度，提升系统精度。

HA1001E放大器应用于ADC前置单端转换

HA1001E将单端信号输入至ADC差分输入端应用示例

差分输入相较于单端输入具有抗干扰能力强、有效抑制电磁干扰（EMI）和时序定位准确等特点，常见的高分辨率精密ADC均使用差分输入来提升其性能。深圳市乾鸿微电子有限公司自主设计并基于国内代工厂工艺流片的HA1001E型高速差分放大器十分适合应用于ADC前置单端至差分转换。该芯片具有全差分输入、全差分输出的放大器结构，对于共模噪声有着极好的抑制能力，并改善总谐波失真；VOCM端口可以调节输出共模电平。该产品采用塑封SOP8封装，适用于作为具有差分输入的ADC的前置驱动，有助于实现整个系统的低噪声、低功耗和低谐波失真。

HA1001E型高速差分放大器的优势参数

HA1001E型高速差分放大器作为ADC前置驱动时有数个关键参数，包括输入共模电压范围（ICMVR）、输出摆幅、谐波失真、带宽和压摆率等。

输入共模电压范围规定了可应用于差分放大器输入端不影响正常运行的电压范围，HA1001E输入共模电压范围0.35V-3.3V（单电源3.3V供电时），具有偏移型输入结构，能够处理双极性输入信号；输出摆幅指放大器输出端为实现ADC满幅度输入范围驱动的摆动范围，HA1001E输出电压摆幅为0.06V，能够实现ADC动态范围的最大化；低的谐波失真对于不论宽带ADC还是精密ADC都非常重要，HA1001E能够改善总谐波失真，使得环路增益稳定；小信号带宽为器件带宽，压摆率衡量了放大器输出端在大信号摆幅下的最大变化率，HA1001E的-3dB带宽为110M，压摆率65V/Us，可匹配中带宽ADC对前置缓冲驱动的需求。