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ZHCS230B August 2014 – February 2024 THS4541

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机械数据 (封装 | 引脚)

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- MPQF225C
RGT|16
- MPQF119H

散热焊盘机械数据 (封装 | 引脚)

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RGT|16
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8.4.1.3 FDA 单端转差分配置的电阻器设计公式

可以从多个角度处理用于设置 FDA 周围的电阻器以将单端输入信号转换为差分输出的设计公式。为了简化结果，此处进行了几个关键假设：

首先选择反馈电阻器，并在两侧将其设置为相等的值。
从求和点返回到信号源和地（或非信号输入侧的偏置电压）的直流和交流阻抗设置为相等，以保持 FDA 每一侧的反馈分压器平衡

这两个假设都是典型的，旨在通过 FDA 信号路径提供出色的动态范围。

选择反馈电阻器值后，目标是求解 Rt（信号输入侧接地端接电阻器）、Rg1（信号路径的输入增益电阻器）和 Rg2（非信号输入侧的匹配增益电阻器）；请参阅图 7-1 和图 7-3。相同的电阻器解决方案可应用于交流或直流耦合路径。在输入信号链中添加隔直电容器是一个简单的选择。在 Rt 元件之后添加这些隔直电容器（如图 7-1 所示）具有消除反馈路径（从输出 Vocm 到地）中任何直流电流的优点。

解决 Rt 和 Rg1 的早期方法（当输入必须与源阻抗 Rs 匹配时）遵循迭代方法。这种复杂性源于 Rg1 输入的有源输入阻抗。当 FDA 用于将单端信号转换为差分信号时，FDA 输入端的共模输入电压必须随输入信号移动，以在 Rg2 元件中生成反向输出信号作为电流。更新的解决方案如方程式 7 所示，其中 Rt 的二次项可以求解出确切的所需值。该二次项来自匹配输入阻抗和目标增益的联立解。唯一需要的输入是：

所选的 Rf 值。
从 Rt 输入到差分输出电压的目标电压增益 (Av)。
Rt 和 Rg1 连接处的所需输入阻抗以匹配 Rs。

以下公式求解时，先求解 Rt 的二次项：

方程式 7.

作为二次项，解的范围是有限的。具体而言，在选择了 Rf 和 Rs 之后，物理上有一个最大增益，超过该增益，方程式 7 开始求解负 Rt 值（如果需要输入匹配）。选择 Rf 后，使用方程式 8 验证最大增益是否大于所需增益。

方程式 8.

如果可实现的 Av_max 低于预期值，则增加 Rf 值。从方程式 7 推导出 Rt 后，Rg1 元素由方程式 9 给出：

方程式 9.

然后，最简单的方法是使用单个 Rg2 = Rt || 非信号输入侧的 Rs + Rg1。通常，这种方法显示为单独的 Rg1 和 Rs 元素。使用这些单独的元件可以在两个反馈路径上提供更好的分压器匹配，但通常可以接受单个 Rg2。Rg2 的直接解由方程式 10 给出：

方程式 10.

该设计从与 Rs 匹配的目标输入阻抗、从匹配输入到差分输出电压的信号增益 Av 以及选定的 Rf 值着手。为 THS4541 表征选择的标称 Rf 值为 402Ω。如前所述，减小该值可提高噪声和相位裕度，但会降低总输出负载阻抗，可能会降低谐波失真。增大该值会增加输出噪声，并可能由于输入电容的反馈极点而降低环路相位裕度，但会降低输出的总负载。使用方程式 8 至方程式 10 将目标增益从 1 遍历到 Av_max < 14.3V/V 得到表 8-1，它显示了 Rt、Rg1 和 Rg2 的确切值，其中 50Ω 源必须匹配，同时将两个反馈电阻设置为 402Ω。表 8-1 显示了 1% 标准值的一种可能的解决方案，并且还显示得到的实际输入阻抗和增益与目标的误差百分比。

表 8-1 单端转差分 FDA 设计增益从 1V/V 升至 14V/V
所需的电阻 ⁽¹⁾

Av	Rt，确切值 (Ω)	Rt 1%	Rg1，确切值 (Ω)	Rg1 1%	Rg2，确切值 (Ω)	Rg2 1%	实际 Z_IN	%ERR 至 Rs	实际增益	%ERR 至 Av
1	55.2	54.9	395	392	421	422	49.731	-0.54%	1.006	0.62%
2	60.1	60.4	193	191	220	221	50.171	0.34%	2.014	0.72%
3	65.6	64.9	123	124	151	150	49.572	-0.86%	2.983	-0.57%
4	72.0	71.5	88.9	88.7	118	118	49.704	-0.59%	4.005	0.14%
5	79.7	80.6	68.4	68.1	99.2	100	50.451	0.90%	5.014	0.28%
6	89.1	88.7	53.7	53.6	85.7	86.6	49.909	-0.18%	6.008	0.14%
7	101	102	43.5	43.2	77.1	76.8	50.179	0.36%	7.029	0.42%
8	117	118	35.5	35.7	70.6	69.8	50.246	0.49%	7.974	-0.32%
9	138	137	28.8	28.7	65.4	64.9	49.605	-0.79%	9.016	0.18%
10	170	169	23.5	23.7	62.0	61.9	50.009	0.02%	9.961	-0.39%
11	220	221	18.8	18.7	59.6	59.0	49.815	-0.37%	11.024	0.22%
12	313	316	14.7	14.7	57.9	57.6	50.051	0.10%	11.995	-0.04%
13	545	549	10.9	11.0	56.7	56.2	49.926	-0.15%	12.967	-0.25%
14	2209	2210	7.26	7.32	56.2	56.2	50.079	0.16%	13.986	-0.10%

(1) Rf = 402Ω，Rs = 50Ω，Av_MAX = 14.32V/V。

这些方程式和设计流程适用于任何 FDA。使用反馈电阻值作为起点对于基于电流反馈的 FDA（例如 LMH6554）特别有用，其中这些反馈电阻的值决定了频率响应平坦度。可以使用此处为其他源阻抗、Rf 值和增益范围提供的等式构建类似的表格。

请注意，在较高增益下，Rg1 阻值非常低。例如，在 14V/V 的增益下，7.32Ω 标准值通过共模环路的作用进行转换，使输入共模电压看起来像 50Ω 输入匹配阻抗。这种有源输入阻抗在更高增益下提供了改进的以输入为基准的噪声；请参阅节 7.5 部分。TINA 模型在单端到差分配置中正确显示了这种主动设置的输入阻抗，并且是验证增益、输入阻抗、响应形状和噪声问题的好工具。