将大多数信号链中的单端信号转换为差分信号分析
目前很多应用都需要用到差分信号，包括驱动高速模数转换器(adc)、通过双绞线电缆传输信号、调理高保真音频信号等。由于差分信号在特定电源电压下可以提供较大信号幅度，提高了对共模噪声的抑制能力，降低了二次谐波失真，因而实现了更高的信噪比。由于这一需求，我们需要将大多数信号链中的单端信号转换为差分信号。
目前的单端转差分电路一般分为3种：
第1种是非平衡变压器电路，主要器件为一个变压器，如图1所示。
图1：非平衡变压器耦合
第2种是差分放大器电路，主要器件为一个差分放大器芯片，如图2所示。
图2：差分放大器耦合
第3种是平衡变压器耦合，主要器件为一个差分放大器芯片和一个变压器，如图3所示。
图3：平衡变压器耦合
这3种单端转差分电路的优缺点暂且不提，有兴趣的朋友可自行去查资料。就小青菜哥哥所从事的脉冲信号采集工作而言，差分放大器电路是使用最适合、最广泛的方案。接下来小青菜哥哥就以adi公司的单端转差分芯片ada4927介绍一下差分放大器的设计步骤，这些设计步骤同样适用于其它类型差分芯片。
术语定义，如图4所示：
图4：电路术语定义
差分电压
输出差分电压定义为：
输入差分电压定义为：
共模电压
该电压一般由adc提供即可，其大小可表示为：
差分增益
如果同相、反相端的输入电阻rg和反馈电阻rf相等，则有上述电路的差分增益为：
输入阻抗
输入阻抗取决于差分放大器是由单端信号源驱动，还是由差分信号源驱动，对于差分输入信号（图5），两个输入端（+din和-din）之间的输入阻抗（rin，dm）为：
图5：差分输入阻抗
对于本篇的主题，即单端输入信号（图6），输入阻抗（rin，se）为：
图6：单端输入阻抗
接下来我们看看如何将单端输入信号适当的端接到差分放大芯片ada4927，设置的增益为1，rf=348ω，rg=348ω。通过端接输入电压为1vpp、源电阻为50ω的输入源为例来说明操作步骤：
1，输入阻抗根据以下公式计算（图7）：
图7：计算单端输入阻抗rin
2，为了与50ω源阻抗匹配（图8），计算端接电阻rt时使用rt||464ω=50ω。最接近的rt标准阻值为56.2ω。
图8：添加端接电阻rt
3，图8表明，由于添加了端接电阻rt，现在上反馈环路中的有效rg大于下环路中的rg。为了补偿增益电阻的不平衡性，需要在下环路添加一个校正电阻rts，并使其与下环路的rg串联。rts是源电阻rs和端接电阻rt的戴维南等效电路（图9），等于rs||rt。
图9：戴维南等效电路
rts=rth=rs||rt=26.5ω（取标准电阻26.7ω）。这里我们需要注意，从戴维南等效电路可以看出，等效输入电压vth大于1vpp。经过调整后的电路如下图10所示：
图10：戴维南等效值和匹配增益电阻
到现在为止，电路基本设计完成了。通过上述几个步骤，我们确定了信号等效输入阻抗为50ω，上下反馈环路也保持平衡。但是还有两个个问题：
1) 两个环路中的等效rg值均变大了（加入了rts），这导致我们需要的增益略小于1。
2) 由于rt=56.2ω，而不是50ω，所以等效输入电压vth的值要略大约1vpp，而我们设计的输入范围是1vpp。
这两点对输入电压幅度的影响刚好相反，对于反馈环路中的大电阻值（~1kω），影响相互抵消。也就是说通过这样的设计后，输入信号幅度变大了，但是增益变小了，所以对输出信号幅度无影响。但是对于小阻值的rf或rg或高增益来说，减小的闭环增益不能通过增加的vth完全消除，必须通过接下来的第4步来解决：
4，在本例中，期望的差分输出是1vpp，因为端接的输入信号是1vpp，闭环增益是1。然而实际的差分输出电压等于1.06vpp*348/(348+26.7)=0.984vpp。为了获得期望的1vpp输出电压，可以通过增加rf来实现最终的增益调整，而不需要更改任何输入电路。rf计算公式如下：
选择rf为标准电阻357ω可提供1.01vpp的差分输出电压。最终电路如下图11所示：
图11：端接的单端转差分电路，g=1
原文标题：adc单端转差分电路分析
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图1：非平衡变压器耦合
第2种是差分放大器电路，主要器件为一个差分放大器芯片，如图2所示。
图2：差分放大器耦合
第3种是平衡变压器耦合，主要器件为一个差分放大器芯片和一个变压器，如图3所示。
图3：平衡变压器耦合
这3种单端转差分电路的优缺点暂且不提，有兴趣的朋友可自行去查资料。就小青菜哥哥所从事的脉冲信号采集工作而言，差分放大器电路是使用最适合、最广泛的方案。接下来小青菜哥哥就以adi公司的单端转差分芯片ada4927介绍一下差分放大器的设计步骤，这些设计步骤同样适用于其它类型差分芯片。
术语定义，如图4所示：
图4：电路术语定义
差分电压
输出差分电压定义为：
输入差分电压定义为：
共模电压
该电压一般由adc提供即可，其大小可表示为：
差分增益
如果同相、反相端的输入电阻rg和反馈电阻rf相等，则有上述电路的差分增益为：
输入阻抗
输入阻抗取决于差分放大器是由单端信号源驱动，还是由差分信号源驱动，对于差分输入信号（图5），两个输入端（+din和-din）之间的输入阻抗（rin，dm）为：
图5：差分输入阻抗
对于本篇的主题，即单端输入信号（图6），输入阻抗（rin，se）为：
图6：单端输入阻抗
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1，输入阻抗根据以下公式计算（图7）：
图7：计算单端输入阻抗rin
2，为了与50ω源阻抗匹配（图8），计算端接电阻rt时使用rt||464ω=50ω。最接近的rt标准阻值为56.2ω。
图8：添加端接电阻rt
3，图8表明，由于添加了端接电阻rt，现在上反馈环路中的有效rg大于下环路中的rg。为了补偿增益电阻的不平衡性，需要在下环路添加一个校正电阻rts，并使其与下环路的rg串联。rts是源电阻rs和端接电阻rt的戴维南等效电路（图9），等于rs||rt。
图9：戴维南等效电路
rts=rth=rs||rt=26.5ω（取标准电阻26.7ω）。这里我们需要注意，从戴维南等效电路可以看出，等效输入电压vth大于1vpp。经过调整后的电路如下图10所示：
图10：戴维南等效值和匹配增益电阻
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1) 两个环路中的等效rg值均变大了（加入了rts），这导致我们需要的增益略小于1。
2) 由于rt=56.2ω，而不是50ω，所以等效输入电压vth的值要略大约1vpp，而我们设计的输入范围是1vpp。
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4，在本例中，期望的差分输出是1vpp，因为端接的输入信号是1vpp，闭环增益是1。然而实际的差分输出电压等于1.06vpp*348/(348+26.7)=0.984vpp。为了获得期望的1vpp输出电压，可以通过增加rf来实现最终的增益调整，而不需要更改任何输入电路。rf计算公式如下：
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