利用差動放大器實現(xiàn)低功耗、高性能絕對值電路
發(fā)布時間:2020-01-16 來源:Moshe Gerstenhaber 和 Reem Malik 責任編輯:wenwei
【導讀】傳統(tǒng)上,精密半波和全波整流器均采用精心挑選的元件,這些元件包括高速運算放大器、快速二極管和精密電阻。元件數(shù)量繁多致使這種解決方案成本很高,而且無法擺脫元件間交越失真、溫度漂移變化的困擾。
本文介紹了如何配置雙通道差動放大器—不需任何外部元件來提供精密絕對值輸出。這種創(chuàng)新方案可以比傳統(tǒng)方案實現(xiàn)更高精度、更低成本和功耗。
如圖1所示,差動放大器1 包括一個運算放大器和四個電阻,它們配置成一個減法器。低成本單芯片差動放大器內(nèi)置激光晶圓調(diào)整電阻,提供極高增益精度、低失調(diào)、低失調(diào)漂移、高共模抑制以及比分立替代器件更出色的整體性能。
圖1. 差動放大器
傳統(tǒng)絕對值電路
圖2所示為常用全波整流器電路示意圖。這種設(shè)計依賴兩個快速運算放大器和五個精密電阻來獲得高性能。當輸入信號為正時,A1的輸出為負,所以D1反向偏置。D2正向偏置,從而關(guān)閉A1附近經(jīng)過R2的反饋環(huán)路并形成反相放大器。A2將乘以增益-2的A1輸出和乘以增益-1的輸入信號相加,得到凈增益+1。當輸入信號為負時,D1正向偏置,從而關(guān)閉A1附近的反饋環(huán)路。D2反向偏置,故不導通。A2將輸入信號反相,產(chǎn)生正輸出。因而,A2的輸出為正電壓,表示正負輸入的絕對值。
圖2. 標準全波整流器2, 3
這種設(shè)計有幾個固有的性能和系統(tǒng)缺點,如成本、交越失真、增益誤差及噪聲等。該設(shè)計要求雙電源和許多高性能元件,進一步提高了成本和復雜度。由于輸入信號跨越0 V + ΔV和0 V – ?V,A1的輸出必須在–VBE 至 +VBE之間擺動,所以響應(yīng)時間可能較長。高速運算放大器和二極管可以幫助減輕這個問題,不過代價是更高的功耗。絕對值輸出的增益精度取決于R1、R2、R3、R4和R5的匹配程度。甚至一個電阻的小量失配,也會造成正負絕對值峰值之間的巨大誤差。整體噪聲增益為6,放大了運算放大器噪聲、失調(diào)和漂移效應(yīng)。
改進的絕對值電路
圖3所示為更簡單、更有效的絕對值電路,只需一個AD82774雙通道差動放大器和一個正電源。當輸入信號為正時,A1充當電壓跟隨器。A2兩個輸入端的電位與輸入信號相同,所以A2只是將正信號傳遞到輸出端。當輸入信號為負時,A1輸出端處于0 V,而A2 反轉(zhuǎn)輸入信號。最終獲得輸入信號絕對值。可在高達10 kHz的頻率下對高達±10 V的信號進行整流。如果要整流的信號非常微弱,在每個運算放大器輸出端放置一個下拉電阻可以提高0 V附近的電路性能。
圖3. 利用AD8277的單電源絕對值電路
這個電路看似簡單,但功能可行,這完全得益于AD8277出色的輸入輸出特性以及單電源工作能力。和大多數(shù)單電源供電應(yīng)用不同,該差動放大器的輸入可在0 V 以下驅(qū)動。這允許A1的輸入端在接受負輸入信號的同時,保持0V輸出。輸入端集成ESD二極管,過壓保護能力更魯棒。圖4所示為1 kHz 20 V p-p輸入信號的輸入和輸出波形及特性。
圖4. (a) 1 kHz 20 -V p-p輸入信號的輸入和輸出(b) 輸入與輸出特性曲線
這個改進的絕對值電路克服了傳統(tǒng)整流器設(shè)計的諸多缺陷,其價值超乎想象。其中最為突出的是減少了所需元件數(shù):只需一個器件。取消了外部二極管,同時也消除了交越失真。激光晶圓調(diào)整電阻精確匹配,確保增益誤差低于0.02%。電路的噪聲增益只有2,噪聲、失調(diào)及漂移更低。由于采用2 V至36 V單電源供電,AD8277靜態(tài)電流低于400 μA。
結(jié)論
采用單個雙通道差動放大器構(gòu)建的精密全波整流器在多個方面超越了傳統(tǒng)設(shè)計。其中最值得一提的是,取消了高性能外部元件和雙電源,成本和復雜程度均大幅降低。該差動放大器解決方案不存在交越恢復問題并經(jīng)優(yōu)化以在廣泛溫度范圍內(nèi)獲得低漂移。采用AD8277,可利用單個IC實現(xiàn)低功耗、低成本、高精密絕對值電路。
參考電路
1http://www.analog.com/en/products/amplifiers/specialty-amplifiers/difference-amplifiers.html.
2http://sound.westhost.com/appnotes/an001.htm.
3Sedra, A.S. and K.C. Smith. Microelectronics Circuits. 4th ed. New York: Oxford University Press. 1998.
4http://www.analog.com/en/products/amplifiers/specialty-amplifiers/difference-amplifiers/ad8277.html.
推薦閱讀:
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測試庫獲得德國萊茵TüV IEC 61508功能安全認證
- 芯科科技第三代無線開發(fā)平臺引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來更多臺式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號調(diào)節(jié)器, 以推動不斷增長的IO-Link市場
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍牙的無線局域網(wǎng)/藍牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 讓汽車LED照明無死角,LED驅(qū)動的全面進化
- 開關(guān)模式電源問題分析及其糾正措施:晶體管時序和自舉電容問題
- 熱電偶的測溫原理
- 【泰克先進半導體實驗室】 遠山半導體發(fā)布新一代高壓氮化鎵功率器件
- ADALM2000實驗:變壓器
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
SPANSION
SRAM
SSD
ST
ST-ERICSSON
Sunlord
SynQor
s端子線
Taiyo Yuden
TDK-EPC
TD-SCDMA功放
TD-SCDMA基帶
TE
Tektronix
Thunderbolt
TI
TOREX
TTI
TVS
UPS電源
USB3.0
USB 3.0主控芯片
USB傳輸速度
usb存儲器
USB連接器
VGA連接器
Vishay
WCDMA功放
WCDMA基帶
Wi-Fi