低噪聲全差分運放SC7516

SC7516 全差分運放還具有輸出共模可調、全差分互補輸出等特點。相對于一般的通用運放來說，全差分運放結構主要有以下三個優點：

1. 抑制共模干擾

2. 抑制偶次諧波，提供更好的線性度

3. 增加了動態范圍

 

如今的許多系統均采用了精密差分輸入 ADC，因為它們可以提供更出色的共模噪聲抑制以及更高的 SNR，但由于傳感器或射頻端的輸出信號大部分都是單端信號，為了驅動差分輸入 ADC，輸入前端都會設計單端轉差分電路。常見的單端轉差分電路有以下幾種：

01 抽頭變壓器或巴倫單端轉差分

抽頭變壓器或巴倫均為無源器件，它們的本質都是通過電感線圈的相互耦合來進行信號的轉換，這種結構決定了它們本身會在信號轉換過程中產生一定的損耗。而且它們也并不適用于低頻信號，因為在低頻時巴倫的耦合特性也會相對減弱，這樣會導致轉換輸出的信號失真較為嚴重。大多數抽頭變壓器或巴倫在頻率低于 1MHz 時性能會急劇變差。

        需要注意無論是抽頭變壓器還是巴倫均是采用 AC 耦合的方式，它們都會濾掉相應的直流即 DC 分量，這對于關注信號直流參數的應用是無法使用的。而且由于抽頭變壓器或巴倫均無法提供驅動能力，因此后端的輸入阻抗可能會影響信號的最終幅度。

 

02 全差分運放單端轉差分

全差分運放是一種有源電路，它的特點就是全對稱匹配，即正負兩側輸入阻抗完全一致（阻抗包括源阻抗），反饋的電阻配置也完全一致。這樣無論設置為多大的增益，兩邊都是各自承擔一半，實現全差分輸出。全差分運放的結構原理決定了其可以進行 DC 耦合的方式，保留信號的直流分量且轉化為差分信號給到 ADC 進行采樣。因此，對于紅外、激光等脈沖信號調制應用，全差分運放相對于抽頭變壓器或巴倫更具優勢。

 

以 SC7516 + SC2245 為例：

已知 ADC SC2245 的供電電壓范圍 2.7V ~ 3.4V，Vref = 1V，輸入的最大動態范圍為 2Vpp。假設輸入源是 ±200mV 的信號，使用 SC7516，共模輸出引腳 Vocm 等于 ADC 的參考電壓 Vref = 1V，Gain = 5，使得輸出端的同相和反相都有 0.5 ~ 1.5V 輸出，此時差分電壓范圍為 2Vpp ，從而滿足 SC2245 的輸入電壓要求。

 

但是如果使用兩顆通用運放來實現差分輸出，需要輸出端各自有 Vshift = 1V 的偏置電壓， 假設 ±200mV 的輸入信號，Gain = 2.5，得到 ±500mV 輸出。因為同相增益 Gain = 1 + Rf / Rg = 3.5，這就需要在第一級運放的同相輸入端產生 1 / 3.5 = 285.7mV 的電壓。如下所示，可以看到結果和 SC7516 是一致的，但是設計上不如直接使用一顆全差分運放方便。

除此之外，SC7516 還具有高壓高帶寬的特性：供電電壓能達到雙電源 ±5V，單電源 10V，輸出電壓的擺幅接近電源軌為 9.7VPP，-3dB 帶寬為 315MHz。因此除了和 SC2245 搭配使用，它還可以在較高頻率條件下驅動其他 10 位至 16 位轉換器。SC7516 高帶寬的特性使它在很寬的頻率范圍內保持高平坦度，因此也適合用作中頻及基帶信號鏈中的增益模塊；而共模反饋環路強制輸出共模電壓中的信號分量歸零，使其得到近乎完美的差分輸出：幅度完全相等，相位相差 180°，可以說 SC7516 是 ADC 驅動器的理想之選。

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