設計目標

設計の説明

この回路は、2.7V 単一電源を使って、0.1V～2.4V のシングルエンド入力を、±2.3V の差動出力に変換します。入力および出力の範囲は、オペアンプの入力同相範囲と、出力スイングの制限が満たされている限り、必要に応じてスケーリングできます。

デザイン ノート

1. レール ツー レールの入力および出力を持つオペアンプにより、回路の入力および出力範囲が最大化されます。
2. V_os およびオフセット ドリフト係数が小さいオペアンプを使用すると、DC 誤差が減少します。
3. ゲイン誤差を最小化するため、公差の小さい抵抗を使用してください。
4. リニア出力スイングに基づいて出力範囲を設定します (A_ol の仕様を参照)。
5. 安定性のため、帰還抵抗を低く抑えるか、R₂ と並列にコンデンサを追加してください。

設計手順

1. V_i 信号をバッファし、V_o+ を生成します。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{O}+}={\mathrm{V}}_{\mathrm{i}}$
2. 差動アンプを使用して V_o+ を反転およびレベル シフトし、V_o– を生成します。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{o}-}=\left({\mathrm{V}}_{\mathrm{ref}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{o}+}\right)\times \left(\frac{{\mathrm{R}}_2}{{\mathrm{R}}_1}\right)$
3. 抵抗のノイズが、アンプの広帯域ノイズよりも小さくなるよう、抵抗を選択します。
   ${\mathrm{E}}_{\mathrm{nv}}=30\mathrm{}\frac{\mathrm{nV}}{\sqrt{\mathrm{Hz}}}\text{ (Voltage noise from op amp)}$
   $\text{If }{\mathrm{R}}_1={\mathrm{R}}_2={\mathrm{R}}_3={\mathrm{R}}_4=49.9\mathrm{k\Omega }\text{ then}$
   ${\mathrm{E}}_{\mathrm{nr}}=\sqrt{{\left(\sqrt{4\times \mathrm{kB}\times \mathrm{T}\times \left[{\mathrm{R}}_1\right|\left|{\mathrm{R}}_2\right]}\right)}^2+{\left(\sqrt{4\times \mathrm{kB}\times \mathrm{T}\times \left[{\mathrm{R}}_3\right|\left|{\mathrm{R}}_4\right]}\right)}^2}=28.7\frac{\mathrm{nV}}{\sqrt{\mathrm{Hz}}}{\text{ (<E}}_{\text{nv}}\text{)}$
4. アンプの入力を保護し、入力のフローティングを防止するための抵抗を選択します。部品表 (BOM) を簡素化するため、R₅ = R₆ となるよう選択します。
   ${\mathrm{R}}_5={\mathrm{R}}_6=49.9\mathrm{k\Omega }$

設計シミュレーション

DC シミュレーション結果

AC シミュレーション結果

設計の参照資料

テキサス・インスツルメンツ、シングルエンド入力差動出力のシミュレーション、SPICE 回路シミュレーション ファイル

テキサス・インスツルメンツ、シングルエンド入力から差動出力への変換回路、リファレンス デザイン

設計に使用されているオペアンプ

設計の代替オペアンプ