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  • 差分运算放大器电路合集,包括基础电路、滤波电路及电路分析
  • 摘要:本文设计了一种全差分运算放大器,对运算放大器的AC 特性和瞬态特性进行了仿真分析和验证。该运放采用折叠式共源共栅结构、开关电容共模反馈(SC-CMFB)电路以及低压宽摆幅偏置电路,以实现在高稳定下的高增益...
  • 摘要:本文设计了一种全差分运算放大器,对运算放大器的AC 特性和瞬态特性进行了仿真分析和验证。该运放采用折叠式共源共栅结构、开关电容共模反馈(SC-CMFB)电路以及低压宽摆幅偏置电路,以实现在高稳定下的高增益...
  • 摘要:设计了一种用在高精度音频Σ-Δ A/D转换器中的高增益CMOS全差分运算放大器。该运算放大器采用了套筒式共源共栅结构和开关电容共模反馈电路。通过分析和优化电路性能参数,实现了高增益和低功耗。采用SMIC 0.35 ...
  • 本文设计的带共模反馈的两级高增益运算放大器结构两级,第一级为套筒式运算放大器,用以达到高增益的目的;第二级采用共源级电路结构,以增大输出摆幅。
  • 本文给出了一种低电压全差分套筒式运算放大器的设计方法,同时对该设计方法进行了仿真,从仿真结果可以看出,在保证高增益、低功耗的同时,该设计还可以满足20 MHz流水线模数转换器中运放的设计要求。
  • 差分运算放大器的计算

    万次阅读 2019-04-23 20:28:02
    难得手工计算分析了一下,居然...但是放大器的输入端汲取的电流一般是很小的,可以忽略,也就是所谓虚断(放大器输入端电流视为0,类似断路)。 这样上面的回路就成了一个简单的压电路。V+(运放的正输入端电压...

    难得手工计算分析了一下,居然计算出来了,挺高兴的,之后要更努力

    分析的关键是放大器的虚短和虚断。

    首先看从V2经R3和R4到地这一回路。严格来说,经过R3的电流应该等于流进放大器正相输入端的电流和经过R4电阻的电流之和。但是放大器的输入端汲取的电流一般是很小的,可以忽略,也就是所谓虚断(放大器输入端电流视为0,类似断路)。

    这样上面的回路就成了一个简单的分压电路。V+(运放的正输入端电压)等于V2 * R4 / (R3 + R4)。

    上面应用了虚断的概念,现在应用运放的另一个概念虚短。就是运放一般工作在线性区时,正负两个输入端的电位几乎相同,好像是短路在一起(短路了电压就一致)。那么,V-就等于V+。

    接着,对V1,R1,R2一路列方程。(V-  - V1) / R1 = (Vout - V-) / R2。

    上下交叉相乘

    (V- - V1) * R2 = (Vout - V-) * R1

    各项乘出来

    V- * R2 - V1 * R2 = Vout * R1 - V- * R1

    移项

    Vout * R1 = V- * R2 - V1 * R2 + V- * R1

    合并

    Vout * R1 = V- * (R2 + R1) - V1 * R2

    将V+ 的表达式代入V-

    Vout * R1 = V2 * R4 / (R3 + R4) * (R2 + R1) - V1 * R2

    两边同除以R1,并整理,则得到最后的表达式

    Vout = V2 * R4 / (R3 + R4) * (R2 + R1) / R1 - V1 * (R2 / R1)

    关键就是虚短和虚断

     

     

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  • 差分运算放大器浅析

    千次阅读 2019-06-05 15:40:26
    差分放大器(Fully-Differential)是一种应用在将单端信号转换为差分信号,或者将差分信号转换为差分信号的芯片。 全差分放大器的配置特点,就是全对称匹配。即两侧输入阻抗配置完全一致(阻抗包括源内阻),反馈...


     全差分放大器(Fully-Differential)是一种应用在将单端信号转换为差分信号,或者将差分信号转换为差分信号的芯片。

    全差分放大器的配置特点,就是全对称匹配。即两侧输入阻抗配置完全一致(阻抗包括源内阻),反馈配置完全一致。

    因此,无论你配置到多大增益,两者都是各担一半;差分输出。

    单端输入和差分输入的区别就在于一端接GND,其实搭建电路时和单端运放时就多了一个相同反馈回路,如下图:

    单端运放闭合回路,增益G=Rf/Rg。

    上图,单端转差分的电路,增益G=Rf/Rg.。就是需要注意,单端转差分时候,G=1时,(Vout+)-(Vout-)=Vin,每个输出各承担一半。


    现以ADI公司的ADA4940-1为例,分析全差分放大器用作单端转差分信号时的工作原理以及外部电阻参数的计算。

    ADA4940-1的应用电路

    上图为ADA4940-1的应用电路,按照其DATASHEET中描述可知,VOCM表示为输出信号的共模电压,其大小由外部输入决定,与输入信号的共模电压无关。电路中存在两个闭环,上下对称,为了使得闭环的性能一致,两个闭环的参数应该一致。

    VOCM,输入此引脚的电压以1:1的比例设定共模输出电压。例如,若VOCM为1 V直流,则+OUT和–OUT的直流偏置。

    电平将设为1 V。

    输入电阻推算:

    假设正输入端VIN=V,产生的电流I,负输入端接GND,则输入端的差分信号VIN_dm=V;在此电路中,RF=RG=1K欧,则输出端的差分信号VOUT_dm=VIN_dm*(RF/RG),公式参见其数据手册。

    根据电路对称结构:VOUT+ - VOCM=VOCM - VOUT-

    RF=RG=1K可得:

    VOUT_dm=VIN_dm,VOUT_dm=V,VOUT_dm=VOUT+ - VOUT-=V;-VOUT-=V-VOUT+;

    VOUT+ - VOCM=VOCM + V - VOUT+;

    则 正输出端 :    VOUT+=VOCM+1/(2*V) -------------------(1)

    同时 负输出端:  VOUT-=VOCM-1/(2*V)---------------------(2)

    其中VOCM为输出共模电压,由外部引脚引入,和输入共模电压独立,这样用户可以在一定范围内设置想要的共模电压。

    可以得到:

    I=(VIN-VP)/RG---------------------------------------------------(3)

    VP=VN=RG*(VOUT+)/(RG+RF)---------------------------(4)------电阻分压

     

    结合(1)~(4)可以得到:

    I={VIN-(1/2)(RG/(RG+RF))*VIN-RG*VOCM/(RG+RF)}/RG-------(5)

    令输入信号V产生了ΔV的变化,则有:

    ΔI=(ΔVIN-(1/2)(RG/(RG+RF))*ΔVIN)/RG---------------------------(6)

    由式(6)可以得到,电路的输入电阻RIN可以表示为:

    RIN=ΔVIN/ΔI=RG/(1-RG/2(RG+RF))-------------------------------(7)

    带入RF=RF=1KΩ,可以得到:

    RIN=1.333KΩ。


    AD8132中的定义:

     

    全差分放大电路输入阻抗:

    电路的有效输入阻抗(在+DIN和–DIN端)取决于放大器是由单端信号源驱动,还是由差分信号源驱动。对于平衡差分输入信号,两个输入端(+DIN和–DIN)之间的输入阻抗(RIN,dm)为: 

    若为单端输入信号(例如,若−DI N接地,输入信号接入+DIN),输入阻抗则为:

    该电路的输入阻抗高于作为反相器连接的常规运算放大器,因为一小部分差分输出电压在输入端表现为共模信号,从而部分增加了输入电阻RG两端的电压。


     

      版权所有权归卿萃科技 杭州FPGA事业部,转载请注明出处  

      作者:杭州卿萃科技ALIFPGA 

      原文地址:杭州卿萃科技FPGA极客空间 微信公众号

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  • 运算放大器是很对模拟电路中的基本模块之一,通过对差分放大器的结构,电流大小分配,器件的尺寸计算全方位的介绍怎么做电路设计和电路设计的仿真。
  • 运算放大器(简称运放)是模拟电路的一个最通用的单元。所谓全差分运放是指输入和输出都是差分信号的运放,它同普通的单端输出运放相比有以下几个优点:更低的噪声;较大的输出电压摆幅;共模噪声得到较好抑制;较好...
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  • (AD7982、ADS8317等都能实现信号的全差分输入,图1所示为AD7982的应用电路,可见其输入端采用了全差分的输入方式),但普通传感器的输出信号多为单端信号,此时全差分放大器起到了关键的作用。 图1 AD7982的应用...

      AD转换芯片的模拟信号输入端方式为:全差分、伪差分、单端输入,其中全差分输入的效果最佳,现阶段ADC转换器为了提高其性能,建议用户使用全差分的输入方式。(AD7982、ADS8317等都能实现信号的全差分输入,图1所示为AD7982的应用电路,可见其输入端采用了全差分的输入方式),但普通传感器的输出信号多为单端信号,此时全差分放大器起到了关键的作用。

    图1 AD7982的应用电路

      全差分放大器(Fully-Differential)是一种应用在将单端信号转换为差分信号,或者将差分信号转换为差分信号的芯片。现以ADI公司的ADA4940-1为例,分析全差分放大器用作单端转差分信号时的工作原理以及外部电阻参数的计算。

    图2 ADA4940-1的应用电路

      图2所示为ADA4940-1的应用电路,按照其DATASHEET中描述可知,VOCM表示为输出信号的共模电压,其大小由外部输入决定,与输入信号的共模电压无关。电路中存在两个闭环,上下对称,为了使得闭环的性能一致,两个闭环的参数应该一致。

      下面重点分析ADA4940作为单端转差分信号处理的实现:

     

     图3 ADA4940作为单端转差分的电路图

     

    图4单端转差分信号的分析1

    图4为其DATASHEET中给出的单端转差分信号的输入电阻,对于RF=RG=1KΩ的电路中,从放大器的正输入端的输入电阻约为1.33KΩ,其DATASHEET中未给出推导过程。

      我的推导过程如下:

     

    图5单端转差分信号的分析2

     

    如图5所示:

    假设正输入端VIN=V,产生的电流I,负输入端接GND

    则输入端的差分信号VIN_dm=V;在此电路中,RF=RG=1K欧,则输出端的差分信号VOUT_dm=VIN_dm*(RF/RG),公式参见其数据手册。

    则 正输出端 :    VOUT+=VOCM+1/(2*V) -------------------(1)

    同时 负输出端:  VOUT-=VOCM-1/(2*V)----------------------(2)

    其中VOCM为输出共模电压,由外部引脚引入,和输入共模电压独立,这样用户可以在一定范围内设置想要的共模电压。

     可以得到:

    I=(VIN-VP)/RG---------------------------------------------------(3)

    VP=VN=RG*(VOUT+)/(RG+RF)---------------------------------(4)------电阻分压

    结合(1)~(4)可以得到:

    I={VIN-(1/2)(RG/(RG+RF))*VIN-RG*VOCM/(RG+RF)}/RG-------(5)

    令输入信号V产生了ΔV的变化,则有:

    ΔI=(ΔVIN-(1/2)(RG/(RG+RF))*ΔVIN)/RG---------------------------(6)

    由式(6)可以得到,电路的输入电阻RIN可以表示为:

    RIN=ΔVIN/ΔI=RG/(1-RG/2(RG+RF))-------------------------------(7)

    带入RF=RF=1KΩ,可以得到:

    RIN=1.333KΩ。

     

     

    参考:

    http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADA4940-1_4940-2.pdf

     

    2016-12-28

    16:15:30

     

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  • 前面解释了在ADA4930组成的单端转差分电路的输入电阻RIN的大小,可知当RF=RG=1KΩ的时候,RIN=1.33KΩ。 图1单端转差分电路  如图1所示,假设信号源为2V VPP的信号,信号源的内阻为50欧姆,则为了达到阻抗匹配...

      前面解释了在ADA4930组成的单端转差分电路的输入电阻RIN的大小,可知当RF=RG=1KΩ的时候,RIN=1.33KΩ。

    图1单端转差分电路

      如图1所示,假设信号源为2V VPP的信号,信号源的内阻为50欧姆,则为了达到阻抗匹配的作用,需要RIN'=50Ω,则我们并联电阻RT达到目的:

    1.33*RT/(1.33+RT)=0.05

      可以得到,RT近似为52.3Ω。

    从图1中可以看到,由于增加了RT,使得两组反馈回路的参数不一致,会对信号的输出造成影响,将图1进行改进,得到图2:

    图2 单端转差分信号的改进

    利用戴维纳等效电路的方法,将信号源等效为1.02V VPP内阻RS'=25.5Ω的新信号源,为了实现匹配,将ADA4940的负输入端加入25.5的电阻。

    造成的影响:

     

    图3单端转差分电路(最终)

    造成的影响:

    由VOUT_dm=VIN_dm*(RF/RG)可知:

    VOUT_dm'=VIN_dm'(RF/RG')=1.02*(10000/1025.5)=0.9946 VPP

    输出的差分信号出现了一定程度的衰减,外置电阻的精度也能在一定程度上对信号幅度产生影响。

    最后是关于全差分信号的PCB布局建议:

    图4 PCB布局的建议

    (1)在全差分器件的周围,尽可能用整块的GND包裹,但是必须注意的是在RF和RG和差分运放的输入处,不能有GND覆铜,防止在高频时的噪声输入。

    (2) 器件的电源和地线应该尽量的粗。

    (3)EXPOSED PAD接GND

    (4)信号走线应该对称,注意解耦电容尽可能靠近电源输入端(0.1UF、0.01UF),高频耦合功能,在远端用10UF钽电解电容,提供低频耦合功能。

    在资金充足的情况下,可参照其评估板设计。

     

     

    2016-12-28

    19:54:26

     

    联系邮箱:

    leejiac_jn@163.com

     

    参考:

    http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADA4940-1_4940-2.pdf

    转载于:https://www.cnblogs.com/leejiac/p/6230719.html

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差分运算放大器