低噪聲全差分運(yùn)放SC7516

SC7516 全差分運(yùn)放還具有輸出共模可調(diào)、全差分互補(bǔ)輸出等特點(diǎn)。相對(duì)于一般的通用運(yùn)放來(lái)說(shuō)，全差分運(yùn)放結(jié)構(gòu)主要有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1. 抑制共模干擾

2. 抑制偶次諧波，提供更好的線性度

3. 增加了動(dòng)態(tài)范圍

 

如今的許多系統(tǒng)均采用了精密差分輸入 ADC，因?yàn)樗鼈兛梢蕴峁└錾墓材Ｔ肼曇种埔约案叩?SNR，但由于傳感器或射頻端的輸出信號(hào)大部分都是單端信號(hào)，為了驅(qū)動(dòng)差分輸入 ADC，輸入前端都會(huì)設(shè)計(jì)單端轉(zhuǎn)差分電路。常見的單端轉(zhuǎn)差分電路有以下幾種：

01 抽頭變壓器或巴倫單端轉(zhuǎn)差分

抽頭變壓器或巴倫均為無(wú)源器件，它們的本質(zhì)都是通過(guò)電感線圈的相互耦合來(lái)進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換，這種結(jié)構(gòu)決定了它們本身會(huì)在信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生一定的損耗。而且它們也并不適用于低頻信號(hào)，因?yàn)樵诘皖l時(shí)巴倫的耦合特性也會(huì)相對(duì)減弱，這樣會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換輸出的信號(hào)失真較為嚴(yán)重。大多數(shù)抽頭變壓器或巴倫在頻率低于 1MHz 時(shí)性能會(huì)急劇變差。

        需要注意無(wú)論是抽頭變壓器還是巴倫均是采用 AC 耦合的方式，它們都會(huì)濾掉相應(yīng)的直流即 DC 分量，這對(duì)于關(guān)注信號(hào)直流參數(shù)的應(yīng)用是無(wú)法使用的。而且由于抽頭變壓器或巴倫均無(wú)法提供驅(qū)動(dòng)能力，因此后端的輸入阻抗可能會(huì)影響信號(hào)的最終幅度。

 

02 全差分運(yùn)放單端轉(zhuǎn)差分

全差分運(yùn)放是一種有源電路，它的特點(diǎn)就是全對(duì)稱匹配，即正負(fù)兩側(cè)輸入阻抗完全一致（阻抗包括源阻抗），反饋的電阻配置也完全一致。這樣無(wú)論設(shè)置為多大的增益，兩邊都是各自承擔(dān)一半，實(shí)現(xiàn)全差分輸出。全差分運(yùn)放的結(jié)構(gòu)原理決定了其可以進(jìn)行 DC 耦合的方式，保留信號(hào)的直流分量且轉(zhuǎn)化為差分信號(hào)給到 ADC 進(jìn)行采樣。因此，對(duì)于紅外、激光等脈沖信號(hào)調(diào)制應(yīng)用，全差分運(yùn)放相對(duì)于抽頭變壓器或巴倫更具優(yōu)勢(shì)。

 

以 SC7516 + SC2245 為例：

已知 ADC SC2245 的供電電壓范圍 2.7V ~ 3.4V，Vref = 1V，輸入的最大動(dòng)態(tài)范圍為 2Vpp。假設(shè)輸入源是 ±200mV 的信號(hào)，使用 SC7516，共模輸出引腳 Vocm 等于 ADC 的參考電壓 Vref = 1V，Gain = 5，使得輸出端的同相和反相都有 0.5 ~ 1.5V 輸出，此時(shí)差分電壓范圍為 2Vpp ，從而滿足 SC2245 的輸入電壓要求。

 

但是如果使用兩顆通用運(yùn)放來(lái)實(shí)現(xiàn)差分輸出，需要輸出端各自有 Vshift = 1V 的偏置電壓， 假設(shè) ±200mV 的輸入信號(hào)，Gain = 2.5，得到 ±500mV 輸出。因?yàn)橥嘣鲆?Gain = 1 + Rf / Rg = 3.5，這就需要在第一級(jí)運(yùn)放的同相輸入端產(chǎn)生 1 / 3.5 = 285.7mV 的電壓。如下所示，可以看到結(jié)果和 SC7516 是一致的，但是設(shè)計(jì)上不如直接使用一顆全差分運(yùn)放方便。

除此之外，SC7516 還具有高壓高帶寬的特性：供電電壓能達(dá)到雙電源 ±5V，單電源 10V，輸出電壓的擺幅接近電源軌為 9.7VPP，-3dB 帶寬為 315MHz。因此除了和 SC2245 搭配使用，它還可以在較高頻率條件下驅(qū)動(dòng)其他 10 位至 16 位轉(zhuǎn)換器。SC7516 高帶寬的特性使它在很寬的頻率范圍內(nèi)保持高平坦度，因此也適合用作中頻及基帶信號(hào)鏈中的增益模塊；而共模反饋環(huán)路強(qiáng)制輸出共模電壓中的信號(hào)分量歸零，使其得到近乎完美的差分輸出：幅度完全相等，相位相差 180°，可以說(shuō) SC7516 是 ADC 驅(qū)動(dòng)器的理想之選。