Высокопроизводительные АЦП обычно работают или от одного источника питания в диапазоне от 1.8V до 5V, или от двуполярного напряжения ±5V. Для обработки сигналов реального мира ±10V или больших значений перед АЦП устанавливают буферный усилитель, который приводит уровень сигнала к уровню, который может без насыщения и повреждения входов обработать АЦП. Эти буферные усилители обычно имеют один выход, однако при использовании дифференциального АЦП лучше делать дифференциальные выходы, чтобы полностью реализовать достоинства дифференциальной обработки - увеличение динамического диапазона, подавление синфазной помехи. На рис. 1 показана схема усилителя с дифференциальным выходом и коэффициентом усиления 0.5 на основе специализированных микросхем AD8278 и AD8279 компании Analog Devices.

Рис. 1. Функциональная блок-схема дифференциального усилителя с дифференциальными выходами.

Дифференциальный усилитель A1 сконфигурирован на коэффициент усиления 0.5. Сигнал с выхода этого усилителя подается на не инвертирующий вход усилителя A2 и инвертирующий вход усилителя A3. Усилители A2 и A3 также работают с коэффициентом усиления 0.5. Их выходы выдают сигналы с относительной фазой 180°, формируя дифференциальный выход. Дифференциальное выходное напряжение равно V_{OUT A2} – V_{OUT A3}, что равно V_IN/4 – (–V_IN/4), в результате получится общее дифференциальное выходное напряжение V_IN/2.

V_OFFSET может быть использован для подачи смещения, чтобы уровень на выходе сместился для достижения необходимого динамического диапазона АЦП. Дифференциальное усиления со входа V_OFFSET на выход равно –1. Подключите V_OFFSET к земле, если подстройка смещения АЦП не требуется.

V_CM устанавливает общее синфазное смещение дифференциального выхода. Это в частности полезно, когда сигнал подается на АЦП с одним источником питания, чтобы уровень на выходах можно было установить равным половине напряжения питания АЦП. Усиление V_CM по выходу равно 1. Подключите V_CM к земле, если подстройка общего смещения не требуется.

Рис. 2 демонстрирует производительность схемы. На вход подан синусоидальный сигнал 25 кГц с уровнем 20V от пика до пика. CH1 показывает сигнал на не инвертирующем выходе, CH2 на инвертирующем выходе, CH3 это входной сигнал. MATH показывает разницу между двумя выходами. На каждом выходе присутствует 0.25 от уровня входного сигнала, два выхода инвертированы относительно друг друга, что дает коэффициент 0.5 относительно входного сигнала.

Рис. 2. На дифференциальном выходе присутствует сигнал с уровнем 0.5 от входного сигнала.

На рис. 3 показана зависимость усиления от частоты. Видно, что усиление в полосе 1 МГц стабильное, с небольшим пиком 1 dB на предельной частоте.

Рис. 3. Частотная характеристика усилителя.

Рис. 4 демонстрирует, что ответ схемы на прямоугольный сигнал большого уровня не имеет никаких заметных выбросов и искажений, кроме ограничения времени нарастания и спада уровня.

Рис. 4. Производительность усилителя при передаче прямоугольного сигнала с большим уровнем.

Сдвоенный усилитель AD8279 доступен в узкопрофильном 14-выводном корпусе SOIC, AD8278 в 8-выводном корпусе MSOP. Поскольку высокоточные, подстроенные лазером резисторы интегрированы в тот же кристалл, что и схема усилителей, их смещение, ошибка усиления, ошибка общего смещения и дрейф параметров по температуре минимизированы, позволяя создать высокоточную измерительную систему. Несмотря на малое потребление мощности AD8278 (200 мкА) и AD8279 (200 мкА на усилитель), система имеет рабочую полосу 1 МГц и скорость изменения сигнала на выходе 2.4 V/мкс. AD8278 и AD8279 могут работать в очень широком диапазоне напряжений от однополярного +2.5V до двуполярного ±18V. Уровни на входах могут изменяться в пределах диапазона питающих напряжений, что позволяет измерять сигналы большого уровня (±20V или больше) в присутствии значительных синфазных уровней и шума, что предоставляет идеальный буфер для высокопроизводительного, низковольтного АЦП.

[Ссылки]

1. Differential-Output Difference Amplifier System with G = 1/2 site:analog.com.