全差分运放浅析（转载）

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 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。

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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。

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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。