Електронні компоненти і системи 
В статье рассмотрены схемы построения дифференциальных усилителей с однополярным источником питания и двухполярным входным сигналом.
М. Герстенхабер, М. О’Салливан
В миниатюрных высококачественных АЦП, как правило, используется однополярный источник питания с диапазоном напряжений от 1.8 до 5 В. Если источник входного сигнала имеет размах напряжений ±10 В, то между АЦП и этим источником необходимо включить согласующий усилитель. Использование в качестве согласующих каскадов дифференциальных усилителей позволяет существенно ослабить синфазную помеху, причем, если для регулировки коэффициента усиления применяют внешние дискретные резисторы с погрешностью подгонки 0.1%, то КОСС составляет не более 54 дБ, если же подстроечные резисторы выполнены в едином технологическом цикле вместе с усилителем и их подгонка выполнена лазером, то КОСС такого усилителя может составить 80 дБ и более.
Дифференциальные усилители нового поколения, в отличие от выпускавшихся несколько лет назад, имеют однополярное напряжение питания от 1.8 до 15 В. Если на вход такого усилителя подать сигнал отрицательной полярности, то выходной сигнал необходимо сместить так, чтобы исключить его ограничение. Например, если напряжение питания дифференциального усилителя составляет 5 В, то достаточно использовать опорный источник напряжением 2.5 В, чтобы сместить центральную точку шкалы выходного сигнала в область положительных напряжений. Источник сигнала смещения должен иметь малый выходной импеданс для обеспечения высокого КОСС. Схема такого усилителя с внешними прецизионными резисторами приведена на рис. 1.
Рис. 1. Дифференциальный усилитель с однополярным питанием и сдвигом выходного сигнала, выполненный на основе внешних дискретных резисторов
Рис. 2. Усилитель AD8271 со сдвигом выходного сигнала, формируемым внутренними прецизионными резисторами
Альтернативное схемотехническое решение с использованием дифференциального усилителя AD8271, включающего подогнанные лазером подстроечные резисторы, показано на рис. 2. Отметим, что тонкопленочные резисторы усилителя AD8271 хорошо согласованы между собой и отличаются малым температурным дрейфом. Остановимся более подробно на анализе характеристик дифференциального усилителя AD8271. Он имеет программируемый коэффициент усиления в диапазоне от 0.5 до 2 (симметричное включение) и в диапазоне от -2 до 3 (несимметричное включение), содержит семь внутренних резисторов с лазерной подгонкой их параметров в процессе производства.
Усилитель выпускается в двух модификациях: В– и А-типов. Усилители модификации В-типа имеют погрешность Ку не более 0.02%, дрейф К у – 2 ppm/°C, напряжение смещения нуля — 600 мкВ и минимальный КОСС – 80 дБ. Усилители модификации А имеют погрешность Ку не более 0.05%, температурный дрейф Ку – 100 ppm/°C, напряжение смещения нуля – 1 мВ и минимальный КОСС – 74 дБ. Коэффициент нелинейных искажений обоих типов AD8271 равен -110 дБ в полосе частот 15 МГц, а скорость нарастания составляет 30 В/мкс. Перечисленные параметры говорят о том, что этот усилитель является идеальным устройством для применения в измерительных приборах. Ток потребления AD8271 не превышает 2.3 мА. Тип его корпуса – 10-MSOP. Он может работать как с однополярным, так и двухполярным напряжением питания в диапазоне 5…36 В или ±2.5…±18 В. Диапазон рабочих температур от -40 до 85 °С, стоимость $ 1.25 в партии 1000 шт.
ВЫВОДЫ
- При использовании современных миниатюрных АЦП с однополярным питанием для кодирования двухполярных сигналов необходимо применять согласующие усилители со сдвигом выходного сигнала в область положительных напряжений.
- Новые дифференциальные усилители типа AD8271 со встроенными прецизионными резисторами обеспечивают согласование входного диапазона АЦП с выходным диапазоном источника сигналов практически без внесения дополнительной погрешности в измерительный канал проектируемого устройства.
