两差分放大器构造
【专利说明】两差分放大器构造
[0001]本申请要求于2014年9月15日提交的美国临时申请62/049，926号的优先权，通过引用，此临时申请被整体合并在此。
技术领域
[0002]本发明总体上涉及放大器，更具体地，涉及差分放大器。
【背景技术】
[0003]在一些应用中，希望将差分信号，S卩，由两个电压之间的差所表示的信号，转换成单端信号(single ended signal)，即在表示该信号的单个线路上的变化的电压。(典型地存在表示地的另一线路。)一个这种应用是将数模转换器(DAC)的差分输出转换成单端信号。一种实现此应用的方式是通过使用差分放大器。
[0004]差分放大器是一种本领域公知的电子放大器；它放大两个电压之间的差，但不放大特定电压。运算放大器，或op-amp，可以被用于制造具有很高的差模增益、很高的输入阻抗以及低的输出阻抗的差分放大器。
[0005]在图1中示出差分放大器的公知示例，该差分放大器是利用将差分输入转换成单端输出的op-amp制造的。在电路100中，通过电阻器R1和R2，两个输入VI和V2被施加至op amp 102。op amp 102提供信号VI和V2的放大的差作为输出Out，通过电阻器R3，该输出Out被反馈至op amp 102的反相输入。通过电阻器R4，op amp 102的非反相输入被親接至地。R3和R4的值典型地彼此相等。因为使用负反馈(即，到op amp 102反相输入的输出的反馈)，所以可以以可预见的和稳定的增益制造这种op-amp差分放大器。在一些情况下，并且如本领域已知的，某些类型的差分放大器甚至可以包含若干更简单的差分放大器。
[0006]图2示出这样的差分放大器的一个特定实施方式，其中该差分放大器被用于将DAC的输出转换成单端信号，该差分放大器由ESS技术有限公司(ESS Technology, Inc.)制造。在电路200中，DAC 202的输出(由虚线指示)是两个输出信号VI和V2。当把DAC202置入更大的电路时，DAC 202像等效差分电压源一样起作用，提供电压VI和V2，具有每个都是781欧姆(Ω )的输出电阻R1和R2，从而DAC 202如在图2中所表示的这样。
[0007]与在图1的电路100中一样，op amp 204接收两个电压作为输入，并提供放大的差作为输出Out。电阻器R3再次将Out连接至op amp 204的反相输入，而电阻器R4将opamp 204的非反相输入连接至地。在实际中，电阻器R3和R4再次具有相等的值，且每个都具有1330Ω的电阻(即，1.33千欧姆或1.33kQ)。如本领域技术人员将明白的，取决于电阻器R3和R4的值，电路的增益将不同，并且因此可以选择电阻器值以获得Out的期望RMS值。
[0008]图2的电路200相对成本不高，因为它仅需要单个op amp 204，以及几个电阻器。但是，电路200在如下方面有限制:DAC 202的输出电压可能改变，其转而引起op amp 204的输入，即出现在等效电阻R1和R2的右手侧的电压，也随着信号电平改变，因此使得它们相对于地不恒定。DAC 202的输出电压的此改变可能引起失真。
[0009]已知的是，通过将共模电压施加至op amp 204的输入可以减小由变化的DAC输出电压改变引起的失真，从而不管信号如何，DAC输出似乎具有近似恒定的电压。在本领域，实现这个的典型方式是已知的，且在图3中的电路300中示出此典型方式。再次地，DAC 302作为差分电压源出现，其具有VI和V2的输出电压，以及每个均为781 Ω的输出电阻R1和R2o op amp 304再次接收DAC 302的输出，并在Out处提供放大的差分电压。通过1.33k Ω的电阻器R3，电压Out再次被反馈至op amp 304的反相输入，并且类似的1.33k Ω的电阻器R4再次将op amp 304的非反相输入连接至地。
[0010]然而在目前，来自DAC 302的电压VI和V2不是从电阻器R1和R2直接输入至opamp 304，而是分别通过包含op amp 306和308以及电阻器R5和R6的两个额外的差分放大器。op amp 306和308的非反相输入连接至虚拟地Cm，而反相输入在它们各自的反相输入处接收电压VI和V2，电阻器R5和R6将反馈从op amp 306和308的输出提供至它们的反相输入。
[0011]两个额外的op amp 306和308传过VI和V2中的每一个与虚拟地Cm之间的差，从而起到对电压转换器的虚拟地电流的作用，以与来自DAC 302的差分电压信号一起将共模电压提供至op amp 304。op amp 306和308的输出通过电阻器R7和R8到达op amp 304的输入，与在图2的电路200中一样，op amp 304提供来自差分信号的开放端信号。因为至op amp 304的每个输入包含相同的共模电压，此电压抵消，从而输出Out再次为VI和V2之间的差。
[0012]额外的op amp 306和308的使用使DAC 304的输出现在都具有恒定的共模电压电平，而不管信号电平如何，这导致更小的失真。但是，这种构造的缺陷是:op amp 306和308典型地具有与op amp 304相同的规格及工作参数，并且因为op amp是电路(不包含DAC 302)的成本最高的部分，所以图3的电路300的成本大约是图2的电路200的成本的3倍。
[0013]因此，希望找到简单的方案:其使DAC输出具有恒定的电压，但其比具有3个高成本的op amp的图3的已知构造成本低。
【发明内容】
[0014]公开了一种电路，该电路将共模电压提供至差分放大器的输入，并且该电路比典型的现有技术方案成本低。
[0015]—个实施方式公开了一种电路，包括:第一差分放大器，该第一差分放大器包括:第一运算放大器，具有用于接收差分信号的第一部分的反相输入以及用于接收差分信号的第二部分的非反相输入，以及用于输出表示差分信号的两个部分之间的差的单端信号的输出；第一电阻器，耦接至第一运算放大器的输出以及第一运算放大器的反相输入，以在第一运算放大器周围建立负反馈回路；以及第二电阻器，耦接至地以及第一运算放大器的非反相输入；第二差分放大器，该第二差分放大器包括:第二运算放大器，具有反相输入以及非反相输入，非反相输入耦接至地；第三电阻器，耦接至第一运算放大器的输出以及第二运算放大器的反相输入；以及第四电阻器，耦接至第二运算放大器的输出以及第二运算放大器的反相输入，以在第二运算放大器的周围建立负反馈回路；第五电阻器，耦接至第二运算放大器的输出以及第一运算放大器的反相输入；以及第六电阻器，耦接至第二运算放大器的输出以及第一运算放大器的非反相输入。
[0016]另一实施方式公开了一种电路，包括:第一差分放大器，具有用于接收差分信号的第一部分的反相输入以及用于接收差分信号的第二部分的非反相输入，以及用于输出表示差分信号的两个部分之间的差的单端信号的输出；第二差分放大器，具有耦接至第一差分放大器的输出的反相输入以及耦接至地的非反相输入；第一电阻器，耦接至第二差分放大器的输出以及第一差分放大器的反相输入；以及第二电阻器，親接至第二差分放大器的输出以及第一差分放大器的非反相输入。
【附图说明】
[0017]图1是典型现有技术差分放大器电路的示意图，这样的差分放大器电路被用于将差分输入信号转换成单端信号。
[0018]图2是典型现有技术差分放大器电路的示意图，该差分放大器电路可以被用于将DAC的差分输出转换成单端信号。
[0019]图3是另一现有技术差分放大器电路的示意图，该差分放大器电路可以被用于将DAC的差分输出转换成单端信号，同时还提供共模电压至DAC，如现有技术中那样。
[0020]图4是根据一个实施方式的差分放大器电路的示意图，该差分放大器电路可以被用于将DAC的差分输出转换成单端信号。
【具体实施方式】
[0021]这里所描述的是用于将共模电压提供至第一差分放大器的输入的电路。所描述的电路使用比第一差分放大器更低质量的第二差分放大器，而不是与第一差分放大器相同质量的两个额外的差分放大器的现有技术方案。
[0022]如上所述，当具有如图2中所示的op-amp的典型差分放大器被用于将DAC的输出转换成单端信号时，因为DAC输出的信号电平的改变，经常存在失真。传统的方案是:如图3所示，增加两个额外的差分放大器以作为对电压转换器的虚拟地电流，以提供共模电压，使得接收差分信号的op-amp将发现更恒定的电压，而不管信号电平如何。但是，因为在这种构造中的所有三个op-amp典型地具有相同的规格及工作参数，并且因为op-amp是这种电路的成本最高的部分，所以这具有使电路的成本差不多增至三倍的影响。
[0023]在一个实施方案中，提供了替代方案，在该替代方案中共模信号被用于将接收差分信号的op amp的输入保持在恒定电平。但是，与现有技术不同，在本实施方式中由单个第二差分放大器提供共模信号，该单个第二差分放大器接收单端输出信号(来自接收差分信号的op amp)，并且将共模信号返回提供给该op amp (该单个第二差分放大器从其接收该输出信号)的两个输入。使用该单个第二差分放大器，而不是使用对图3的电压转换器的两个虚拟地电流。
[0024]被包含在第二差分放大器中的op amp可以具有比接收差分信号的op amp更低的质量，从而具有更低的成本。因此，这种结构比图3中的电路300的结构更简单而且更低成本，因为仅使用一个较低成本的op amp，而不是在电路300中使用的相似成本的两个额外的 op amp ο
[0025]由图4中的电路400示出这个的示例。与现有技术的图2的电路200以及图3的电路300 —样，DAC 402提供表现为电压VI和V2的差分信号的输出，该电压VI和V2通过每个都为781 Ω的两个电阻器R1和R2。op amp 404接收VI和V2作为输入，并提供单端输出Out。通过电阻器R3, Out被反馈至op amp 404的反相输入，而op amp 404的非反相输入通过电阻器R4连接至地。如在本示例中所图示的，R3和R4每个都具有665Ω的电阻。
[0026]为了在op amp 404的输入处提供恒定电平，而