Amplificador diferencial de alto rendimiento con desplazamiento de nivel y fuente de alimentación de precisión

Diseñados en procesos de pequeña geometría, los ADC de alto rendimiento suelen funcionar con una única fuente de alimentación de 1,8 V a 5 V. Cuando se procesan señales de ±10 V o más, un circuito amplificador antes del ADC puede atenuar la señal para evitar que sature las entradas del ADC. Se suele utilizar un amplificador diferencial (amplificador diff) cuando la señal incluye una gran tensión de modo común.

La capacidad de un amplificador diferencial para rechazar una tensión de modo común viene determinada por la relación de las resistencias de ajuste de la ganancia; cuanto más estrecha sea la coincidencia, mayor será el rechazo de modo común (CMR). Para los amplificadores discretos con resistencias externas del 0,1%, la CMR está limitada a 54 dB. Los circuitos integrados que incorporan resistencias de precisión ajustadas por láser con un amplificador operacional pueden alcanzar una CMR de más de 80 dB.

Los primeros amplificadores operacionales, como muchos otros circuitos integrados analógicos, solían funcionar con una alimentación doble de ±5-V a ±15-V. Cuando los ADC y otros componentes pasaron a tener tensiones de alimentación más bajas, durante un tiempo el único circuito que requería una doble alimentación era el amplificador diferencial del extremo delantero. Pero añadir una fuente de alimentación negativa para este único circuito era poco práctico.

Los nuevos amplificadores diferenciales pueden funcionar con una sola fuente de alimentación de 2,7 V a 15 V, pero las entradas y la salida del amplificador óptico se conectarían todas al carril negativo (tierra) en determinadas condiciones de funcionamiento. Para medir señales que contengan tensiones de modo común negativas, la entrada de modo común debe levantarse del carril negativo. Para medir las señales negativas, la salida del amplificador debe elevarse del raíl negativo. Ambos desplazamientos de nivel pueden conseguirse aplicando una tensión positiva a la entrada de modo común referencia pin. Con una única alimentación de 5 V, por ejemplo, una fuente de 2,5 V en la patilla de referencia ajusta la salida a una alimentación media y aumenta la tensión de modo común que se ve en las entradas del amplificador óptico. La fuente debe tener una baja impedancia para evitar que se degrade la CMR y una baja deriva para mantener la precisión a temperatura. La figura 1 muestra una solución típica que utiliza dos resistencias de precisión externas y un amplificador operacional de precisión de baja deriva.

La figura 2 muestra una solución alternativa que ofrece un menor coste y un mayor rendimiento utilizando el amplificador diferencial AD8271, con sus múltiples resistencias de precisión integradas. Las resistencias en el chip regulan la salida del dispositivo a media potencia. Todas las resistencias están fabricadas con el mismo material de película fina de baja deriva, lo que proporciona una excelente adaptación de la relación a la temperatura; se ajustan a las demás resistencias del circuito, para no degradar la excelente CMR.

Amplificador diferencial de ganancia programable de precisión

El amplificador diferencial de ganancia programable de baja distorsión AD8271 incluye un amplificador operacional de precisión y siete resistencias de ajuste de ganancia ajustadas por láser, lo que permite seleccionar ganancias diferenciales de 0,5, 1 ó 2. También puede configurarse en más de 40 configuraciones no equilibradas, con ganancias que van de -2 a +3. Hay dos grados disponibles: el B-especifica un error máximo de ganancia del 0,02%, una deriva máxima de ganancia de 2 ppm/°C, un desplazamiento máximo de 600 µV y un rechazo mínimo de modo común de 80 dB; el A-especifica un error de ganancia máximo del 0,05%, una deriva de ganancia máxima de 10 ppm/°C, un desplazamiento máximo de 1000 µV y un rechazo mínimo en modo común de 74 dB. Ambos grados especifican una distorsión armónica de -110 dB, un ancho de banda de 15 MHz y una velocidad de giro de 30 V/µs. Esta combinación de velocidad y precisión hace que el dispositivo sea ideal para los amplificadores de instrumentación, la conducción de ADC, el cambio de nivel y los equipos de prueba automáticos. Funcionando con una sola fuente de alimentación de 5-V a 36-V, o con dos fuentes de alimentación de ±2,5-V a ±18-V, el AD8271 consume 2,3 mA. Disponible en un encapsulado MSOP de 10 terminales, está especificado de -40°C a +85°C y tiene un precio de 1,25 $ por 1000.