传感器输出与ADC接口的最常见问题之一是：如何让X V到Y V的信号范围适应ADC的输入范围。 本文介绍多种不同的配置，其利用单通道或双通道运算放大器来缩放信号并进行电平转换，以使单极性ADC的范围最大。 通常，无论单端还是差分，单极性ADC的输入范围都是从地到VREF电压。 本文还会介绍常见全差分放大器(FDA)配置。
对于给定功率水平，FDA可实现最佳性能，但合适的FDA并不是总能找到。不过，单通道和双通道运算放大器的选择范围更广，可用来构建定制前端。 本文旨在介绍不同的配置，讨论各种配置的用法和利弊，但并不涉及选择适当的放大器及周边无源元件等细节，因为后者须视具体情况而定。
单端/伪差分输入ADC
单端/伪差分ADC常常是低分辨率或低性能转换器，提供简单的低功耗信号链，只有一条信号路径。 但是，它并不具备差分输入的噪声抑制能力或额外信号摆幅。
单位增益驱动器
这是一种纯粹的ADC驱动功能，无信号调理。 当前一级的驱动能力不够时，它为ADC提供高输入阻抗。 这种配置的噪声和功耗最低，因为没有附加电阻。 在单电源应用中，信号摆幅可能会受输入或输出放大器裕量要求的限制。 对于差分输入，可利用两个单位增益驱动器来实现高阻抗输入，参见CN0307。
同相配置
允许给输入信号增加增益。 应注意，增加增益引起的放大器带宽降低并不影响驱动ADC输入。 这对所有配置都是如此。 实例参见CN0042。
带衰减/增益和电平转换的反相配置(+/-5/10V输入)
通过R2/R1衰减，支持输入电压范围超出放大器电源电压。 这可以用于标准工业+/-10V IO。 放大器输入共模电压由R3/R4分压器从基准电压获得。 设置适当的R3/R4比值，以将信号电平转换到ADC共模电压Vref/2。 常见比值参见下表。 ADC输入端出现的信号反相，这可以通过数字方式来纠正。 实例参见CN0194/CN0254。
全差分输入ADC
全差分输入ADC提供更高的分辨率和性能，但信号链也更为复杂，功耗会增加。 差分信号链提供更好的噪声抑制能力和更大的信号摆幅(为单端ADC的两倍)。 多数差分单极性ADC要求将输入共模设置为Vref/2，以使信号摆幅最大。 这可能需要对输入信号进行电平转换。
单端至差分转换
这是差分ADC需要使用的最常见配置之一，因为传感器输出是单端信号，或者前一级是仪表放大器。 以下配置显示了执行单端差分转换的不同方法及其利弊。
高阻抗情况下的单端差分转换
此电路可在需要高输入阻抗的情况下执行单端差分转换，但裕量要求会提高。 该配置中，R1=R2，R3=R4，Vsig范围是0-Vref。 将R1连接到Vsig而不是第一个放大器的输出端，可以降低噪声，并使IN+与IN-之间的相位延迟匹配得更好。 其代价是R1值会设置一个阻性输入。
单电源情况下的单端差分转换
对于单电源，可以利用轨到轨输出(RRO)放大器实现单端差分转换，对裕量的影响极小。 其代价是阻性输入。 该配置中，R1=R2，R3=R4，R5=R6，输入范围是0-Vref。
这是一款常用配置，可用来扩展输入范围，尤其是+/-10V工业IO。 放大器可采用电压较低的单电源，因为输入共模电压由R5/R6和R7/R8固定。 在此配置中，R7=R8且R3=R4。 R1/R2和R5/R6可根据输入范围和电平转换要求进行设置。 其典型比率如下表所示，但可灵活匹配各种输入范围。 使用AD7984的示例可参见CN0033。
利与弊
采用FDA方法实现单端转差分
用这种方法实现的单端转差分具有最低的噪声，适合单电源类应用，可耐受阻性输入。 有关采用FDA的设计详情可参见应用笔记AN-1026：高速差分ADC驱动器设计考虑因素。 就噪声性能而言，似乎显然应该采用这种方法;然而，有些时候可能并不存在合适的FDA，而使用双放大器的定制电路可能更为合适。 就单个放大器而言，可选产品种类要多得多。 示例可参见CN0040/CN0105。
差分至差分驱动
如果输入信号是差分的，那么万一所选FDA受到限制，则使用双放大器可增加产品选择数量。 若输入同时也是全差分的，则相比任意双放大器选项，FDA可能具有更低的输出噪声和功耗;但是，在有源滤波器应用中，双放大器可能更为稳定，并因为更广泛的分类产品而获得更多的灵活性(FET输入、超精度、RRIO等)。
差动放大器
本配置提供带增益的高输入阻抗;然而，输入共模固定为Vref/2的ADC共模。从Vref/2开始的任意输入共模变化都会导致ADC输入共模的偏移，同时降低性能和信号摆幅。 示例参见CN0216。 该配置用来测量电桥(比如电子秤和称重传感器等)时非常有用。
提供电平转换的差分转差分
该配置采用两个放大器，将一个输入信号电平转换至Vref/2的ADC共模电压。在此配置中，R1=R3，R2=R4，并且可针对增益或衰减配置。 R5和R6之比用来将信号电平转换至所需范围。 任意输入共模变化都会导致ADC输入共模的偏移，同时降低性能和信号摆幅。
采用FDA实现差分转差分
针对特定应用，如果可以找到合适的FDA，则采用该配置可获得最佳噪声性能。 可方便地进行电平转换，但以阻性输入为代价。 反相配置允许单电源/轨到轨供电。 如需更多详情，可参考前文提及的应用笔记AN-1026：高速差分ADC驱动器设计考虑因素。示例参见CN0237。
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