當(dāng)今的世界是一個(gè)充斥著海量數(shù)據(jù)的世界。人們的生活從中獲益頗多，但系統(tǒng)設(shè)計(jì)者面臨的壓力卻日益增大，為模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）挑選合適的驅(qū)動(dòng)器就是一個(gè)重要課題。作為聯(lián)系現(xiàn)實(shí)世界和數(shù)據(jù)世界重要橋梁的ADC，往往要以數(shù)百兆赫茲的頻率和高達(dá)16位的分辨率來(lái)進(jìn)行采樣工作。這樣，選擇與其相匹配的驅(qū)動(dòng)器來(lái)充分發(fā)揮其潛力，就變得至關(guān)重要。高帶寬、高無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍、低噪聲和低失真度已成為挑選ADC驅(qū)動(dòng)器的重要指標(biāo)。

差分信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)

目前，用來(lái)驅(qū)動(dòng)ADC的方案有兩種，第一種是使用變壓器，第二種則是差分放大器。不過(guò)，在介紹差分放大器之前，讓我們先來(lái)了解一下什么是差分信號(hào)。

簡(jiǎn)單地講，差分信號(hào)就是兩個(gè)相關(guān)信號(hào)的差值，本文介紹的是電壓差分信號(hào)，它已經(jīng)廣泛的用于音頻、數(shù)據(jù)傳輸和電話中。雖然比單端輸入信號(hào)系統(tǒng)要復(fù)雜，但差分信號(hào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是明顯的。第一，差分信號(hào)對(duì)外部電磁干擾（EMI）是高度免疫的。一個(gè)干擾源對(duì)差分信號(hào)對(duì)的每一端影響都是相同的。因?yàn)橛呻妷翰顏?lái)決定信號(hào)，兩邊的干擾相抵，信號(hào)便不會(huì)有大幅的變化。第二，差分信號(hào)有利于識(shí)別微小信號(hào)。在差分信號(hào)系統(tǒng)中，基準(zhǔn)點(diǎn)是由使用者來(lái)確定的，可以選擇兩輸入端的平均信號(hào)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，這就減小了信號(hào)的擺動(dòng)范圍。第三，單端輸入系統(tǒng)的信號(hào)要依靠虛地，而差分信號(hào)就不需要這樣一個(gè)虛地，增加了雙極型信號(hào)的保真度和穩(wěn)定性。第四，差分信號(hào)的時(shí)序定位精確。差分信號(hào)受工藝和環(huán)境溫度的影響小，可降低時(shí)序上的誤差。目前流行的LVDS就是一種小振幅差分信號(hào)技術(shù)。

差分放大器就是接受和輸出差分信號(hào)的器件，同運(yùn)算放大器一樣，它能接收雙端輸入，不同的是它具有雙輸出端，而不像運(yùn)算放大器只有單端口。在差分放大器中，其輸出共模電壓（VOCM）能獨(dú)立地被差分電壓控制。圖1是差分放大器的簡(jiǎn)明原理圖。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)的差分放大器

新型的差分放大器

差分放大器有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一是抗噪聲能力，這一點(diǎn)在介紹差分信號(hào)時(shí)已經(jīng)提及了。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是增加了差分輸出電壓擺動(dòng)（見(jiàn)圖2）。這其中的道理也不復(fù)雜，輸出端的兩電壓為反相，其差值當(dāng)然是單端輸出的2倍了。第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是減少了偶數(shù)階的信號(hào)失真。為了解釋這個(gè)道理，我們把輸出端電壓表示成輸入端的多階函數(shù)合。

圖2 差分輸出電壓擺

Vout+ = k1Vin + k2Vin2 + k3Vin3 + … ， （1）

Vout- = k1（-Vin） + k2（-Vin）2 + k3（-Vin）3+… （2）

Vod = Vout-Vout-=2k1Vin + 2k3Vin3 + … （3）

從式（3）中可以看出，偶數(shù)階被消去了。

為了適應(yīng)市場(chǎng)的發(fā)展，各家公司紛紛推出了各自的差分放大器產(chǎn)品，像ADI公司的AD4937/4938，TI公司的THS4520，MAXIM公司的MAX4198/MAX4199以及Linear公司的LTC6400等。憑借著工藝的進(jìn)步，這些產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)都達(dá)到了很高的水平。以AD4937為例，其輸入電壓噪聲為2.2nV/√Hz; 1.6GHz的-3dB帶寬，增益G=1;壓擺率為5000V/μS;在125MHz時(shí)有 0.1dB增益平坦度帶寬;能驅(qū)動(dòng)從直流到100MHz的ADC。

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