AD轉換芯片的模擬信號輸入端方式為：全差分、偽差分、單端輸入，其中全差分輸入的效果最佳，現階段ADC轉換器為了提高其性能，建議用戶使用全差分的輸入方式。(AD7982、ADS8317等都能實現信號的全差分輸入，圖1所示為AD7982的應用電路，可見其輸入端采用了全差分的輸入方式)，但普通傳感器的輸出信號多為單端信號，此時全差分放大器起到了關鍵的作用。
圖1 AD7982的應用電路
全差分放大器(Fully-Differential)是一種應用在將單端信號轉換為差分信號，或者將差分信號轉換為差分信號的芯片。現以ADI公司的ADA4940-1為例，分析全差分放大器用作單端轉差分信號時的工作原理以及外部電阻參數的計算。
圖2 ADA4940-1的應用電路
圖2所示為ADA4940-1的應用電路，按照其DATASHEET中描述可知，VOCM表示為輸出信號的共模電壓，其大小由外部輸入決定，與輸入信號的共模電壓無關。電路中存在兩個閉環，上下對稱，為了使得閉環的性能一致，兩個閉環的參數應該一致。
下面重點分析ADA4940作為單端轉差分信號處理的實現：
圖3 ADA4940作為單端轉差分的電路圖
圖4單端轉差分信號的分析1
圖4為其DATASHEET中給出的單端轉差分信號的輸入電阻，對於RF=RG=1KΩ的電路中，從放大器的正輸入端的輸入電阻約為1.33KΩ，其DATASHEET中未給出推導過程。
我的推導過程如下：
圖5單端轉差分信號的分析2
如圖5所示：
假設正輸入端VIN=V，產生的電流I，負輸入端接GND
則輸入端的差分信號VIN_dm=V；在此電路中，RF=RG=1K歐，則輸出端的差分信號VOUT_dm=VIN_dm*(RF/RG)，公式參見其數據手冊。
則 正輸出端 ： VOUT+=VOCM+1/(2*V) -------------------(1)
同時 負輸出端： VOUT-=VOCM-1/(2*V)----------------------(2)
其中VOCM為輸出共模電壓，由外部引腳引入，和輸入共模電壓獨立，這樣用戶可以在一定范圍內設置想要的共模電壓。
可以得到：
I=(VIN-VP)/RG---------------------------------------------------(3)
VP=VN=RG*(VOUT+)/(RG+RF)---------------------------------(4)------電阻分壓
結合(1)~(4)可以得到：
I={VIN-(1/2)(RG/(RG+RF))*VIN-RG*VOCM/(RG+RF)}/RG-------(5)
令輸入信號V產生了ΔV的變化，則有：
ΔI=(ΔVIN-(1/2)(RG/(RG+RF))*ΔVIN)/RG---------------------------(6)
由式(6)可以得到，電路的輸入電阻RIN可以表示為：
RIN=ΔVIN/ΔI=RG/(1-RG/2(RG+RF))-------------------------------(7)
帶入RF=RF=1KΩ，可以得到:
RIN=1.333KΩ。
參考:
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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