2.5.2 全差分驱动电路设计

欢迎来到 TI 高精密实验室

下面再来看一下 FDA

失真情况和驱动电路情况

我们深入了解一下 FDA 本身的失真

这个失真是由于 FDA 的传递函数非线性导致

通常这种非线性导致的失真很小

可以忽略

但也是可以用多项式级数来描述的

在图片中的上面

我们用多项式描述了同相端的传递函数

下面描述了反相端的传递函数

X代表输入差分信号

可以看到

由于上下两条反馈路径是相反的

并且假设两条路径的系数是相同的

那么两个传递函数在偶次项将会

在输出端被抵消

仅仅保留了奇次谐波

注意到 FDA 可以抵消

自身产生的偶次谐波

但是对于输入信号里面

包含的失真是无能为力的

所以这一点要注意

还有就是两条反馈路径要精确相等

才能抵消偶次谐波

所以反馈电阻最好完美匹配

并使用千分之一

20 ppm 的金属膜电阻

许多 ADC 需要差分输入

而信号又是单端的

如图电路可以使用 FDA

将单端信号转化为差分信号

例子中输入信号为0到5V

需要转换为正负5V的差分信号

并且共模电压为 2.5V

这个 2.5V 可以通过 ADC 基准电压

分压一半得到

并且需要通过高速缓冲器

提高分压器的驱动能力

U2 和 U3 都需要使用

高速放大器的原因是因为

SAR 形 ADC 输入开关电容结构的需求

后续会讨论到

也有一个简单的办法

就是高速缓冲器的带宽 G

要除 B

除以采样时间要大

左边是输入输出信号的例子

输入范围0到5V

输出转化为正负 5V

共模电压为 2.5V

共模电压由 Vcm 设置为

ADC 基准电压的1/2

以满足 ADC 对共模电压的要求

红色方框中的是输出关系式

例如使用 3.75V 的输入电压

通过公式一步一步的计算

可以得到输入输出节点的电压

前面讨论了单极性信号的转换

现在讨论双极性信号转化为全差分信号

和前面唯一的区别就是

反相端 RG1 接地而不接 Vcm

输入正负 2.5V

可以转化为正负 5V输出

并且共模电压为 Vref 的一半

可以看到同相端信号和输入信号一致

而反相端被反相

两个信号同时被抬升的共模电压

红色方框中的公式展示了输入 1.25V 的例子

将共模电压提升 0.1V

就可以将提高单端转差分电路的线性输入范围

以减小负向电源对摆幅的限制

注意仅仅是 0.1V

多了会超出 ADC 共模电压的限制

或者使用 LM7705 将负电源轨设计为 -0.2V

这将电源轨的限制

可以使用 5.4V 的供电电压解决

举个例子

左侧的波形为 0.5V

转化为输出为 0.1 到 5.1V 的差分电压

使用THS45521的话

最小输出比 0V 多了0.15V

提升 0.1V 的共模电压

可以提升0.1V的摆幅

5.4V 的正向供电可以得到 5.1V 的摆幅

所以正向摆幅不是问题

好的

本章节就到这里

你也可以通过测验题来提高您对这个章节的理解

欢迎来到 TI 高精密实验室

下面再来看一下 FDA

失真情况和驱动电路情况

我们深入了解一下 FDA 本身的失真

这个失真是由于 FDA 的传递函数非线性导致

通常这种非线性导致的失真很小

可以忽略

但也是可以用多项式级数来描述的

在图片中的上面

我们用多项式描述了同相端的传递函数

下面描述了反相端的传递函数

X代表输入差分信号

可以看到

由于上下两条反馈路径是相反的

并且假设两条路径的系数是相同的

那么两个传递函数在偶次项将会

在输出端被抵消

仅仅保留了奇次谐波

注意到 FDA 可以抵消

自身产生的偶次谐波

但是对于输入信号里面

包含的失真是无能为力的

所以这一点要注意

还有就是两条反馈路径要精确相等

才能抵消偶次谐波

所以反馈电阻最好完美匹配

并使用千分之一

20 ppm 的金属膜电阻

许多 ADC 需要差分输入

而信号又是单端的

如图电路可以使用 FDA

将单端信号转化为差分信号

例子中输入信号为0到5V

需要转换为正负5V的差分信号

并且共模电压为 2.5V

这个 2.5V 可以通过 ADC 基准电压

分压一半得到

并且需要通过高速缓冲器

提高分压器的驱动能力

U2 和 U3 都需要使用

高速放大器的原因是因为

SAR 形 ADC 输入开关电容结构的需求

后续会讨论到

也有一个简单的办法

就是高速缓冲器的带宽 G

要除 B

除以采样时间要大

左边是输入输出信号的例子

输入范围0到5V

输出转化为正负 5V

共模电压为 2.5V

共模电压由 Vcm 设置为

ADC 基准电压的1/2

以满足 ADC 对共模电压的要求

红色方框中的是输出关系式

例如使用 3.75V 的输入电压

通过公式一步一步的计算

可以得到输入输出节点的电压

前面讨论了单极性信号的转换

现在讨论双极性信号转化为全差分信号

和前面唯一的区别就是

反相端 RG1 接地而不接 Vcm

输入正负 2.5V

可以转化为正负 5V输出

并且共模电压为 Vref 的一半

可以看到同相端信号和输入信号一致

而反相端被反相

两个信号同时被抬升的共模电压

红色方框中的公式展示了输入 1.25V 的例子

将共模电压提升 0.1V

就可以将提高单端转差分电路的线性输入范围

以减小负向电源对摆幅的限制

注意仅仅是 0.1V

多了会超出 ADC 共模电压的限制

或者使用 LM7705 将负电源轨设计为 -0.2V

这将电源轨的限制

可以使用 5.4V 的供电电压解决

举个例子

左侧的波形为 0.5V

转化为输出为 0.1 到 5.1V 的差分电压

使用THS45521的话

最小输出比 0V 多了0.15V

提升 0.1V 的共模电压

可以提升0.1V的摆幅

5.4V 的正向供电可以得到 5.1V 的摆幅

所以正向摆幅不是问题

好的

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你也可以通过测验题来提高您对这个章节的理解