[原創]差分放大器阻抗匹配計算+阻抗計算小工具

近段時間在項目中使用全差分放大器，在調試帶寬指標的時候用到了幾級放大器之間的阻抗匹配，查看芯片手冊上的計算真是複雜到不可理解的程度（單端輸入差分輸出的狀況）。

通過查資料，發現針對差分阻抗計算的內容，ADI公司官方的應用筆記介紹的比較容易理解。分別是應用筆記-AN1026以及MT-076。

本篇文章，筆者結合ADI應用筆記以及我的理解，說明關於差分放大器使用當中的阻抗匹配問題，而且自行開發了個小軟件，幫助設計者計算阻抗網絡，提升設計效率。

第一，不須要額外的匹配組件時，差分增益計算須要考慮的問題。

在源端距離差分輸入很近且信號源阻抗很小的時候能夠不進行額外的網絡匹配。下面分別分兩種狀況介紹其鑽孔以及增益計算方法。

1）差分信號輸入，無故接電阻匹配的狀況。以下圖：

此種應用，信號源與差分輸入端距離很近，不須要增長端接電阻進行匹配。此時，增益電阻RG應該講信號源內阻Rs考慮在內，即增益 A=RF/(RG+RS/2)。

2）單端信號輸入，差分輸出的應用。以下圖所示，此種應用場合，爲了使差分平衡，須要增大增益電阻RG2，很容易獲得A=RF/(RG1+RS)=RF/RG2;  RG2=RG1+RS;

 

第二，出於信號完整性的考慮，須要增長端接電阻來進行阻抗匹配的應用，分爲單端輸入以及差分輸入兩種狀況說明。

1）DE-DE模式，即差分輸入差分輸出。此種應用對於端接電阻以及增益計算比較簡單，很容易獲得合適的設計。以下圖所示爲DE-DE模式：

 

①因爲負反饋以及高開環增益會使得放大器兩輸入端電壓相等，便可看作短接，那麼從輸入端看進去差分輸入阻抗爲RIN=2RG;

②假設源端阻抗爲RS，爲了獲得良好的阻抗匹配，須要作到RS=RT//RIN，便可求出端接電阻RT；

須要說明的是，必須是源阻抗小於等於差分輸入阻抗的時候，才須要端接電阻在同相輸入與反相輸入端。

2）SE-DE模式，即單端信號輸入差分信號輸出的應用，其端接電阻值極端就比較繁瑣，須要屢次迭代才能夠達到理想的匹配以及增益。

①首先根據應用初步肯定增益電阻RG以及分饋電阻RF，而且RF1=RF2，RG1=RG2以保持差分放大的平衡。以下圖示意：

②根據圖中式子求出輸入端等效阻抗值RIN

③爲了匹配信號源阻抗RS，須要作到RS=RT//RIN,能夠計算出端接電阻RT

④根據戴維南定力能夠獲得信號源的等效信號源模型，VIN(等效)=Vin(源)*RT*RS/(RT+RS),簡單講就是分壓原理；

而後計算等效信號源的內阻：Rs=RT//RS（RS表明原始內阻，Rs表明等效變換以後的等效內阻）

 

 ⑤更換爲等效信號源以後將等效內阻Rs考慮到增益電阻RG1之中，爲了保持設計平衡，一樣的在RG2端增長一個電阻RTS=Rs,以下圖：

 ⑥因爲增益電阻增長了RTS，相應的增益會比設計之初增大一些，須要調整RF使得增益達到理想值。依次迭代，直到得出比較理想的增益以及阻抗匹配網絡。

 

 第三，鑑於在SE-DE模式使用時，迭代計算比較繁瑣，筆者本身設計了一個小軟件，能夠方便廣大工程師少走彎路，高效設計，歡迎試用，有不一樣見解的歡迎批評指正。

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軟件截圖以下：

 

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