发掘绝对值电路更多价值——利用差动放大器实现低功耗、高性能绝对值电路

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传统上，精密半波和全波整流器均采用精心挑选的元件，这些元件包括高速运算放大器、快速二极管和精密电阻。元件数量繁多致使这种解决方案成本很高，而且无法摆脱元件间交越失真、温度漂移变化的困扰。本文介绍了如何配置双通道差动放大器—不需任何外部元件来提供精密绝对值输出。这种创新方案可以比传统方案实现更高精度、更低成本和功耗。
如图1所示，差动放大器1 包括一个运算放大器和四个电阻，它们配置成一个减法器。低成本单芯片差动放大器内置激光晶圆调整电阻，提供极高增益精度、低失调、低失调漂移、高共模抑制以及比分立替代器件更出色的整体性能。
传统绝对值电路
图2所示为常用全波整流器电路示意图。这种设计依赖两个快速运算放大器和五个精密电阻来获得高性能。当输入信号为正时，A1的输出为负，所以D1反向偏置。D2正向偏置，从而关闭A1附近经过R2的反馈环路并形成反相放大器。A2将乘以增益-2的A1输出和乘以增益-1的输入信号相加，得到净增益+1。当输入信号为负时，D1正向偏置，从而关闭A1附近的反馈环路。D2反向偏置，故不导通。A2将输入信号反相，产生正输出。因而，A2的输出为正电压，表示正负输入的绝对值。
这种设计有几个固有的性能和系统缺点，如成本、交越失真、增益误差及噪声等。该设计要求双电源和许多高性能元件，进一步提高了成本和复杂度。由于输入信号跨越0 V + ΔV和0 V – ∆V，A1的输出必须在–VBE 至 +VBE之间摆动，所以响应时间可能较长。高速运算放大器和二极管可以帮助减轻这个问题，不过代价是更高的功耗。绝对值输出的增益精度取决于R1、R2、R3、R4和R5的匹配程度。甚至一个电阻的小量失配，也会造成正负绝对值峰值之间的巨大误差。整体噪声增益为6，放大了运算放大器噪声、失调和漂移效应。
改进的绝对值电路
图3所示为更简单、更有效的绝对值电路，只需一个AD82774双通道差动放大器和一个正电源。当输入信号为正时，A1充当电压跟随器。A2两个输入端的电位与输入信号相同，所以A2只是将正信号传递到输出端。当输入信号为负时，A1输出端处于0 V，而A2 反转输入信号。最终获得输入信号绝对值。可在高达10 kHz的频率下对高达±10 V的信号进行整流。如果要整流的信号非常微弱，在每个运算放大器输出端放置一个下拉电阻可以提高0 V附近的电路性能。