设计目标

设计说明

该电路可利用 2.7V 的单电源将 0.1V 至 2.4V 的单端输入转换为 ±2.3V 的差分输出。可以根据需要调节输入和输出级，只要符合运算放大器输入共模范围和输出摆幅限制即可。

设计说明

1. 具有轨到轨输入和输出的运算放大器可更大程度地增大电路的输入和输出范围。
2. 具有低 V_os 和温漂的运算放大器可减少直流误差。
3. 使用低容差电阻器最大程度地降低增益误差。
4. 根据线性输出摆幅设置输出范围（请参阅 A_ol 规格）。
5. 将反馈电阻器保持为较低的值或添加与 R₂ 并联的电容器以实现稳定性。

设计步骤

1. 对 V_i 信号进行缓冲，以生成 V_o+。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{O}+}={\mathrm{V}}_{\mathrm{i}}$
2. 使用差分放大器对 V_o+ 进行反相和电平转换以创建 V_o–。
   ${\mathrm{V}}_{\mathrm{o}-}=\left({\mathrm{V}}_{\mathrm{ref}}-{\mathrm{V}}_{\mathrm{o}+}\right)\times \left(\frac{{\mathrm{R}}_2}{{\mathrm{R}}_1}\right)$
3. 选择电阻，使电阻器噪声小于放大器宽带噪声。
   ${\mathrm{E}}_{\mathrm{nv}}=30\mathrm{}\frac{\mathrm{nV}}{\sqrt{\mathrm{Hz}}}\text{ (Voltage noise from op amp)}$
   $\text{If }{\mathrm{R}}_1={\mathrm{R}}_2={\mathrm{R}}_3={\mathrm{R}}_4=49.9\mathrm{k\Omega }\text{ then}$
   ${\mathrm{E}}_{\mathrm{nr}}=\sqrt{{\left(\sqrt{4\times \mathrm{kB}\times \mathrm{T}\times \left[{\mathrm{R}}_1\right|\left|{\mathrm{R}}_2\right]}\right)}^2+{\left(\sqrt{4\times \mathrm{kB}\times \mathrm{T}\times \left[{\mathrm{R}}_3\right|\left|{\mathrm{R}}_4\right]}\right)}^2}=28.7\frac{\mathrm{nV}}{\sqrt{\mathrm{Hz}}}{\text{ (<E}}_{\text{nv}}\text{)}$
4. 选择用于保护放大器的输入并防止输入悬空的电阻。为了简化物料清单 (BOM)，选择 R₅ = R₆。
   ${\mathrm{R}}_5={\mathrm{R}}_6=49.9\mathrm{k\Omega }$

设计仿真

直流仿真结果

交流仿真结果

设计参考资料

德州仪器 (TI)，单端输入转差分输出仿真，电路 SPICE 仿真文件

德州仪器 (TI)，单端输入转差分输出转换电路，参考设计

设计特色运算放大器

设计备选运算放大器