本文介紹了如何配置雙通道差動放大器—不需任何外部元件來提供精密絕對值輸出。這種創新方案可以比傳統方案實現更高精度
、更低成本和功耗。

 

如圖1所示
，差動放大器¹ 包括一個運算放大器和四個電阻
，它們配置成一個減法器。低成本單芯片差動放大器內置激光晶圓調整電阻，提供極高增益精度、低失調
、低失調漂移、高共模抑製以及比分立替代器件更出色的整體性能。

 

圖1. 差動放大器

 

傳統絕對值電路

 

圖2所示為常用全波整流器電路示意圖。這種設計依賴兩個快速運算放大器和五個精密電阻來獲得高性能。當輸入信號為正時，A1的輸出為負
，所以D1反向偏置。D2正向偏置
，從而關閉A1附近經過R2的反饋環路並形成反相放大器。A2將乘以增益-2的A1輸出和乘以增益-1的輸入信號相加，得到淨增益+1。當輸入信號為負時
，D1正向偏置，從而關閉A1附近的反饋環路。D2反向偏置，故不導通。A2將輸入信號反相
，產生正輸出。因而，A2的輸出為正電壓，表示正負輸入的絕對值。

 

圖2. 標準全波整流器^{2, 3}

 

這種設計有幾個固有的性能和係統缺點，如成本
、交越失真
、增益誤差及噪聲等。該設計要求雙電源和許多高性能元件，進一步提高了成本和複雜度。由於輸入信號跨越0 V + ΔV和0 V – ∆V，A1的輸出必須在–V_BE 至 +V_BEzhijianbaidong
，suoyixiangyingshijiankenengjiaochang。gaosuyunsuanfangdaqiheerjiguankeyibangzhujianqingzhegewenti，buguodaijiashigenggaodegonghao。jueduizhishuchudezengyijingduqujueyuR1、R2、R3、R4和R5的匹配程度。甚至一個電阻的小量失配

，也會造成正負絕對值峰值之間的巨大誤差。整體噪聲增益為6
，放大了運算放大器噪聲、失調和漂移效應。

 

改進的絕對值電路

 

圖3所示為更簡單、更有效的絕對值電路

，隻需一個AD8277⁴雙通道差動放大器和一個正電源。當輸入信號為正時，A1充當電壓跟隨器。A2兩個輸入端的電位與輸入信號相同，所以A2隻是將正信號傳遞到輸出端。當輸入信號為負時，A1輸出端處於0 V，而A2 反轉輸入信號。最終獲得輸入信號絕對值。可在高達10 kHz的頻率下對高達±10 V的信號進行整流。如果要整流的信號非常微弱，在每個運算放大器輸出端放置一個下拉電阻可以提高0 V附近的電路性能。

 

圖3. 利用AD8277的單電源絕對值電路

 

這個電路看似簡單，但功能可行，這完全得益於AD8277出色的輸入輸出特性以及單電源工作能力。和大多數單電源供電應用不同，該差動放大器的輸入可在0 V 以下驅動。這允許A1的輸入端在接受負輸入信號的同時，保持0V輸出。輸入端集成ESD二極管
，過壓保護能力更魯棒。圖4所示為1 kHz 20 V p-p輸入信號的輸入和輸出波形及特性。

 

圖4. (a) 1 kHz 20 -V p-p輸入信號的輸入和輸出(b) 輸入與輸出特性曲線

 

這個改進的絕對值電路克服了傳統整流器設計的諸多缺陷，其價值超乎想象。其中最為突出的是減少了所需元件數：隻需一個器件。取消了外部二極管，同時也消除了交越失真。激光晶圓調整電阻精確匹配，確保增益誤差低於0.02%。電路的噪聲增益隻有2，噪聲、失調及漂移更低。由於采用2 V至36 V單電源供電，AD8277靜態電流低於400 μA。

 

結論

 

采(cai)用(yong)單(dan)個(ge)雙(shuang)通(tong)道(dao)差(cha)動(dong)放(fang)大(da)器(qi)構(gou)建(jian)的(de)精(jing)密(mi)全(quan)波(bo)整(zheng)流(liu)器(qi)在(zai)多(duo)個(ge)方(fang)麵(mian)超(chao)越(yue)了(le)傳(chuan)統(tong)設(she)計(ji)。其(qi)中(zhong)最(zui)值(zhi)得(de)一(yi)提(ti)的(de)是(shi)，取(qu)消(xiao)了(le)高(gao)性(xing)能(neng)外(wai)部(bu)元(yuan)件(jian)和(he)雙(shuang)電(dian)源(yuan)，成(cheng)本(ben)和(he)複(fu)雜(za)程(cheng)度(du)均(jun)大(da)幅(fu)降(jiang)低(di)。該(gai)差(cha)動(dong)放(fang)大(da)器(qi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)不(bu)存(cun)在(zai)交(jiao)越(yue)恢(hui)複(fu)問(wen)題(ti)並(bing)經(jing)優(you)化(hua)以(yi)在(zai)廣(guang)泛(fan)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)內(nei)獲(huo)得(de)低(di)漂(piao)移(yi)。采(cai)用(yong)AD8277

，可利用單個IC實現低功耗
、低成本、高精密絕對值電路。

 

 

參考電路

 

¹http://www.analog.com/en/products/amplifiers/specialty-amplifiers/difference-amplifiers.html.

 

²http://sound.westhost.com/appnotes/an001.htm.

 

³Sedra, A.S. and K.C. Smith. Microelectronics Circuits. 4th ed. New York: Oxford University Press. 1998.

 

⁴http://www.analog.com/en/products/amplifiers/specialty-amplifiers/difference-amplifiers/ad8277.html.

 

 

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