设计说明

该单端转差分转换电路采用两个运算放大器 (op amp)。它通过单极数模转换器 (DAC) 通道生成双极差分输出。这些类型的电路在低噪声应用中非常有用，例如光学模块、城域数据中心互连、超声波扫描仪 和 X 射线系统。虽然另一种使用全差分放大器 (FDA) 的设计方法对交流性能有利，但运算放大器方法可实现更佳的直流特性。然而，特定的运算放大器或 FDA 会影响两种拓扑的比较。

设计说明

1. 选择具有所需分辨率和输出范围的 DAC
2. 考虑以下关键要求，选择运算放大器以满足系统规格要求：
   • 相对于电源轨的摆幅：对于 5V 电源轨，通常使用轨到轨零交叉失真器件（例如 OPA320 和 OPA365）
   • 失调电压和温漂：该电路相对于 FDA 方法的一项优势是某些运算放大器可能具有很好的直流性能
   • 带宽和静态电流：该电路相对于 FDA 方法的另一项优势是可提供各种运算放大器带宽和相关的静态电流。对于较低的采样速率，低带宽、低电流运算放大器可能是更好的选择
3. 选择 R₁ 和 R₂，以便更大程度地减小输出端的热噪声

设计步骤

1. 选择 DAC80501 等 DAC，该器件是一款具有 2.5V 内部基准电压的 16 位单通道缓冲电压输出 DAC。基准输出还可以用作共模电压 (V_CM)
2. 选择低失真运算放大器（如 OPA320）
3. 以下公式描述了电路的直流传递函数：
   
   
   • 将 R₁ 和 R₂ 选择为 1kΩ，以实现值为 1 的增益并更大程度地减小噪声。使用 0.1% 容差可更大限度地降低增益误差。
   • U1 针对差分输出产生的热噪声具有两条路径：直接通过 U1 以及通过 U2 反转。这两种噪声是相关的，因此它们会直接相加。DAC80501 具有 74nV/√Hz 的输出噪声密度 (e_n-DAC)，OPA320 具有 7nV/√Hz 的噪声密度 (e_n-AMP)。U1 的噪声增益 (G_n-U1) 为 1。因此，U1 输出所导致的总噪声密度 (e_n-U1) 由下式给出：
     
   • 增益电阻器 R₁ 和 R₂ 导致的热噪声 (e_n-R) 由下式给出：
     
   • U2 导致的不相关噪声密度 (e_n-U2) 是增益电阻器的热噪声 (e_n-R)、U2 的热噪声 (e_n-AMP) 和通过 DAC80501 的 V_REF 输出进行馈送时 V_CM 导致的噪声 (e_n-VREF) 的组合。e_n-VREF 为 140nV/√ Hz。U2 的噪声增益 (G_n-U2)，即 1+(R₂/R₁) 为 2。因此，e_n-U2 可表示为：
     
   • 最后，将 U1 和 U2 产生的噪声结合在一起，我们得到差分输出端的总噪声密度 (e_n-T)：
     

   下图显示了差分输出端的热噪声仿真值。仿真值 316.9nV/√Hz 接近于计算所得的值。使用等效电阻器对 DAC 输出和 V_REF 输出的热噪声进行了仿真，以进行噪声仿真。

差分输出端的热噪声密度 (V_CM = V_REF)

直流传输特性 (V_CM = 0V)

频率响应（振幅）

频率响应（相位）

组延迟

群延迟是施加的输入信号和输出信号之间的延时时间。所有放大器和滤波器都具有群延迟。群延迟是该电路的亮点，因为反相和同相路径都具有不同的群延迟。对于较高频率的信号，这可能会产生失真。有关其他详细信息，请参阅时域图中的群延迟。

输出瞬态响应

设计采用的器件和备选器件

主要文件链接

米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，TINA SBAM419，源文件