ADC驱动器如何配置为差动放大器？

　　我们将讨论差动放大器配置，这是另一种将ADAQ798x与双极性输入信号接口的手段。此配置可用于具有宽输入电压范围和带宽的双极性信号。我们将了解如何针对给定输入范围选择所需的外部元件，以及它们如何影响输入阻抗、噪声和直流误差等其他特性。
　　差动放大器
　　利用四个外部电阻可将ADC驱动器配置为差动放大器，如下所示：
　　
　　这种配置可以看作是同相和反相配置的叠加；双极性输入信号乘以放大器反相增益，而直流偏置电压（使用VREF，原因已在该系列博客中讨论）乘以同相增益。参考电路利用此配置调理来自PGIA （AD8251）的±10 V输出摆幅。此配置的传递函数如下：
　　
　　第一步是找到Rf和Rg的合适比值，它由输入幅度（ΔvIN）和ADC满量程范围（0 V至VREF）之比确定：
　　
　　与我们讨论过的同相配置不同，信号增益可以小于1，所以对于幅度大于VREF的输入信号，我们不需要进行任何修改以衰减信号。值得注意的是，信号从输入端到输出端确实发生反相。
　　R1和R2用于衰减VREF，使得ADC驱动器的输出偏置到ADC中间电平（VREF/2）。R1和R2之比由Rf和Rg之比确定：
　　
　　上式还假设该设计将VREF用作连接到R1的直流输入电压。
　　确定这些比值之后，我们需要选择各电阻的具体值。为避免盲目选择，有几点需要考虑：
　　首先，Rf的值可能影响ADC驱动器的稳定性。如果Rf过大，噪声增益频率响应将会开始峰化，可能变得不稳定（如威廉希尔官方网站 指南《二阶系统的运算放大器总输出噪声计算》所述）。该系列博客《增加单极性输入的增益》中说过，应限制Rf以防发生这种情况。
　　另外，正如我们在该系列博客《衰减双极性输入》中看到的，较大电阻会产生较多系统噪声。这种配置比我们上周讨论的配置更容易发生噪声问题，因为ADC驱动器的噪声增益总是大于1。ADAQ7980/ADAQ7988数据手册（ ； ）中的噪声考虑和信号建立部分及参考电路中的系统噪声分析部分说明了如何量化这种配置的系统噪声。
　　还有一点需要考虑的是电阻对系统失调误差的影响。电阻会与ADC驱动器的输入偏置电流相互作用，在其输出端产生失调误差。随着阻值提高，此效应会愈加突出。根据威廉希尔官方网站 文章，为减轻这种效应，R1和R2的并联组合必须等于Rf和Rg的并联组合。
　　考虑一个例子：vIN为±1.25 V，VREF = 5 V。利用上述公式，我们发现Rf须为2×Rg，R1须为5×R2。如果我们要确保输入偏置电流不引起系统失调误差，则R1||R2和Rf||Rg的并联组合也必须相等，R1 = 0.8×Rf。例如，若选择Rf = 2 kΩ，则要求Rg = 1 kΩ，R1 = 1.6 kΩ，R2 = 320 Ω。
　　差动放大器配置能将ADAQ798x与许多不同幅度和频率范围的双极性信号接口，而且设计异常简单。然而，还有几点需要注意。
　　首先，应注意有些应用要求实现高输入阻抗。采用我们已讨论的其他配置，通过提高电阻值（并降低输入带宽以处理额外噪声），可以满足上述要求。但差动放大器配置则很吃力，因为Rf和Rg不能太大，否则会影响ADC驱动器稳定性。该电路的输入阻抗等于反相放大器的输入阻抗：
　　
　　例如，为实现1 MΩ的输入阻抗，Rg须为1 MΩ，Rf很可能会非常大，以至于ADC驱动器不能正常工作（至少使用常见增益时）。提高系统输入阻抗的唯一实用方法将是在ADC驱动器前方再使用一个信号调理级。
　　好的一面是，由于这种配置使用较小的电阻，因此不大可能需要额外的滤波来补偿电阻噪声。另外，这让平衡输入偏置电流引起的失调更为可行，因为可以轻松选择R1和R2来平衡Rf和Rg产生的失调。这两个特性使得这种配置与可以实现更高输入阻抗的同相配置相比，可以实现更高的精度和信号带宽。
　　还有一点值得一提，那就是这种配置可以更轻松地用在ADAQ798x负电源接地的单电源应用中。这是因为放大器输入保持在一个恒定直流电压，不用太担心会违反输入共模电压规格（如ADAQ7980/ADAQ7988数据手册（ ； ）所示）。