Operationsverstärker mit differentiellem Ausgang vs. zusätzlicher invertierender Operationsverstärker?

Ich frage mich, was die wirklichen Vorteile von Operationsverstärkern mit Differenzausgängen (z. B. AD8138) sind, verglichen damit, nur ein Signal V + zu nehmen und es einem invertierenden Verstärker mit Einheitsverstärkung zuzuführen, um ein komplementäres Signal V- zu erhalten.

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Ich habe die Kontrolle über den Single-Ended-Eingang (es ist der Ausgang der vorherigen Stufe meiner Schaltung), und es ist nur so, dass ich ihn in ein Differenzsignal umwandeln möchte, um ihn an einen A/D-Wandler zu übertragen, der sich auf einer separaten Platine befindet ( und die die Möglichkeit von Differenzeingängen bietet).

Gibt es Vorteile bei der Verwendung eines differenziellen Operationsverstärkers wie dem AD8138 --- oder umgekehrt wichtige Nachteile beim Hinzufügen eines Inverter-Operationsverstärkers, um das komplementäre Signal für das differenzielle Paar zu erhalten?

Falls es darauf ankommt: Meine Signale werden auf 1 oder vielleicht 2 MHz bandbegrenzt.

Mit einem echten Differenzverstärker treten bei Verwendung eines Single-Ended-Operationsverstärkers keine Verzögerungs- oder Gain-Mismatch-Probleme auf
Ich hatte über das Verzögerungsproblem nachgedacht, aber bei ~ 1 oder 2 MHz bezweifle ich, dass der Effekt spürbar wäre. Trotzdem bleibt Ihr Punkt gültig. Was die Gain- Fehlanpassung betrifft, dachte ich, dass dies auch ein Problem für den Verstärker mit Differenzausgang wäre (da wir ein Rückkopplungsnetzwerk auf jeder Seite platzieren müssen), aber wenn man sich das AD8138-Datenblatt genau ansieht, bestehen sie ausdrücklich darauf, dass die Ausgänge sind intern ausgeglichen und "garantiert" identische Größe und entgegengesetztes Vorzeichen (180 Grad auseinander), also bin ich wohl verkauft.

Antworten (1)

Vollständig differenzielle Operationsverstärker (FDAs) machen es einfach, den Gleichtakt mit einem internen Gleichtaktfehlerverstärker, der von einem Pin auf dem IC gesteuert wird, zu pegeln:

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Quelle: „Fully Differential Amplifiers“, Jim Karki, Texas Instruments

Das AD8138-Datenblatt erwähnt dies ebenfalls:

Der AD8138 verhält sich ähnlich wie ein Standard-Operationsverstärker mit Spannungsrückkopplung und erleichtert die Durchführung von Single-Ended-zu-Differential-Wandlung, Gleichtakt-Pegelverschiebung und Verstärkung von Differenzsignalen.

...

Die DC-Gleichtakt-Pegelverschiebung war auch bei früheren Differentialtreibern schwierig. Die Pegelverschiebung erforderte die Verwendung eines dritten Verstärkers und einer Rückkopplungsschleife, um den Ausgangs-Gleichtaktpegel zu steuern. Manchmal wurde der dritte Verstärker auch verwendet, um zu versuchen, eine inhärent unsymmetrische Schaltung zu korrigieren. Eine hervorragende Leistung über einen breiten Frequenzbereich hat sich bei diesem Ansatz als schwierig erwiesen.

Ein weiterer App-Hinweis erwähnt den Unterschied in der Gleichtaktsteuerung zwischen einem vollständig differenziellen Operationsverstärker und zwei Single-Ended-Operationsverstärkern:

FDAs wurden mit zwei standardmäßigen invertierenden Single-Ended-Operationsverstärkern (Operationsverstärkern) verglichen, die in Differenzarchitektur konfiguriert und über eine Gleichtakt-Ausgangsschleife miteinander verbunden sind. Obwohl dies als Konzept gültig ist, gibt es wichtige Unterschiede. Für diese Diskussion ist ein wichtiger Unterschied zu beachten, dass bei Verwendung eines Standard-Operationsverstärkers mit unsymmetrischem Ausgang in invertierender Konfiguration der Eingangs-Gleichtakt gesteuert wird; Bei Verwendung eines FDA wird jedoch der Ausgangs-Gleichtakt gesteuert.

"Verwendung von Volldifferenzverstärkern mit Einzelversorgung und negativen Eingangsspannungen zum Ansteuern von ADCs", Jim Karki, Texas Instruments

Das AD8138-Datenblatt diskutiert auch Schwierigkeiten beim Ausgleichen der Verstärkung zwischen zwei Single-Ended-Verstärkern:

Frühere Differentialtreiber, sowohl diskrete als auch integrierte Designs, basierten auf der Verwendung von zwei unabhängigen Verstärkern und zwei unabhängigen Rückkopplungsschleifen, eine zur Steuerung jedes der Ausgänge. Wenn diese Schaltungen von einer unsymmetrischen Quelle angesteuert werden, sind die resultierenden Ausgänge typischerweise nicht gut ausbalanciert. Das Erreichen eines symmetrischen Ausgangs erforderte typischerweise eine außergewöhnliche Anpassung der Verstärker und Rückkopplungsnetzwerke.

...

Die AD8138-Architektur führt zu Ausgängen, die über einen breiten Frequenzbereich sehr symmetrisch sind, ohne dass eng abgestimmte externe Komponenten erforderlich sind. Die Gleichtakt-Rückkopplungsschleife erzwingt einen Nullabgleich der Signalkomponente der Ausgangs-Gleichtaktspannung. Das Ergebnis sind nahezu perfekt symmetrische Differenzausgänge mit identischer Amplitude und exakt 180° Phasenverschiebung.

Duale Single-Ended-Operationsverstärker und FDAs sind beide in 8-Pin-Gehäusen erhältlich, aber FDAs nutzen die verfügbaren Pins besser, da duale Single-Ended-Operationsverstärker zwei zusätzliche Operationsverstärker-Eingangspins benötigen. FDAs verwenden einen dieser Pins für die Ausgangsgleichtaktsteuerung (normalerweise als VOCM bezeichnet). Der AD8138 verwendet den anderen freien Pin nicht, aber andere FDAs tun dies. Normalerweise ist dieser zusätzliche Pin eine Abschaltsteuerung. Beispielsweise hat der THS4551 die folgende Pinbelegung:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der PD\-Pin ist der Power-Down-Pin auf diesem Gerät.

Der etwas vergleichbare Dual-Single-Ended-Operationsverstärker THS4222 hat bei gleichem Gehäuse folgende Pinbelegung:

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Operationsverstärker mit differentiellem Ausgang vs. zusätzlicher invertierender Operationsverstärker?
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