<strong><font color="#FF0000">作者：tschmitt，ADI应用工程师</font> </strong>

本篇文章将讨论一种可用来将ADAQ798x与双极性传感器和输入源接口的配置。此类信号在工业和数据采集应用中很常见。该配置基于该系列博客<a data-containerid="2003" data-containertype="14" data-objectid="16953" data-objecttype="1" href="http://mouser.eetrend.com/blog/2017/100008275.html"&gt;《增加单极性输入的增益》</a>讨论的将双极性信号转换成单极性信号以用于集成ADC的同相配置。

<strong>同相求和配置</strong>

双极性信号在低电压(0 V)上下摆动。由于ADAQ798x集成ADC只能转换0 V到V_REF的信号，所以针对该ADC，需要将双极性信号加以直流偏置和适当调整。为了完成这一任务，以下配置给标准同相配置增加了两个电阻（R₁和R₂）。

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此配置将输入信号与一个单独的直流电压求和，以将ADC驱动器输出偏置到ADC中间电平输入(V_REF/2)，从而实现双极性到单极性的转换。基准电压(V_REF)用作直流电压常常是可行的，这样就无需其他电路（反正ADAQ798x总是伴随一个基准电压源！）。它还能防止V_REF偏差给系统增加失调误差，因为ADC驱动器的直流偏置总是V_REF的一半。鉴于这些原因，我们将专门讨论这种将V_REF用作直流“变换”电压的配置。

<strong>此配置的传递函数如下：</strong>
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与普通同相配置类似，R_f和R_g之比决定从IN+到AMP_OUT的增益，但此比值现在也依赖于vIN的输入幅度。注意v_IN为双极性，但同相节点上的电压为单极性。这意味着，对应于v_IN的最小值，IN+上的电压必须为0 V：

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由此关系可得出R₁和R₂之比：

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R_f和R_g可利用该配置的传递函数以及v_IN为0 V时ADC驱动器输出(v_{AMP_OUT})等于V_REF/2的条件来确定。求解R_f和R_g的方程可得：

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现在有了R₁和R₂之比及Rf和Rg之比，但我们还需要挑选特定的值。我们已在该系列博客《增加单极性输入的增益》中讨论了Rf和Rg值的选择。R₁和R₂的选择应基于应用的噪声、精度和输入阻抗要求确定。小电阻会改善噪声，可降低其与ADC驱动器输入偏置电流相互作用所引起的失调误差（参见技术文章<a href="https://ezchina.analog.com/external-link.jspa?url=http%3A%2F%2Fwww.anal…; rel="nofollow" target="_blank">《运算放大器输入偏置电流》</a>和参考电路<a href="https://ezchina.analog.com/external-link.jspa?url=http%3A%2F%2Fwww.anal…; rel="nofollow" target="_blank">《库隔离、2通道、16位、500 kSPS同步采样 信号链，集成数据采集系统》</a>），但若要提高输入阻抗并降低基准源的输出电流，则需要大电阻。此电路的输入阻抗为：

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注意，对于v_IN幅度为±VREF的特殊情况，R_f和Rg之比为0。这种情况下，ADC驱动器增益为1，意味着省去R_g，R_f可以为0 Ω。

我们来看一个例子：ADAQ7980需要对±1 V输入信号执行双极性到单极性转换，V_REF = 5 V，使用R_f = 2 kΩ。利用上述公式，R₂须为R₁的5倍，R_f须为R_g的2倍。R_f为2 kΩ，所以R_g须为1 kΩ。R₁和R₂的具体值可根据应用要求选择。对于本例，我们希望选择R₁和R₂的组合来抵消输入偏置电流对失调误差的影响。技术文章《运算放大器输入偏置电流》中已经阐明，为实现此目的，R₁||R₂应等于R_f||R_g，故R₁= 800 Ω，R₂ = 4 kΩ。

我们再考虑一个例子：v_IN = ±10 V，V_REF = 5 V。这种情况下，我们会遇到R_f和Rg之比为负数的问题，所以利用这种配置实际上不能实现该输入范围。事实上，适合此配置的最大vIN为±V_REF，此时ADC驱动器增益等于1。幸运的是，我们会在本系列接下来的文章中讨论其他两种允许我们超出此输入范围的配置。

<strong>结语</strong>

若将R₂接地而不是接V_REF，则以上配置也可用于单极性信号。这一修改对需要衰减以用于ADC的单极性输入信号（幅度大于V_REF）有用。这种情况下，ADC驱动器极有可能是单位增益，故不需要R_f和R_g。

如上所述，如果应用要求高输入阻抗，则R₁和R₂必须很大，这可能会提高系统的本底噪声。我们可以通过增加分流电容和/或通过过采样和抽取来补偿噪声增加。两种方案均通过损失输入信号带宽来降低本底噪声。但是，对于低带宽或直流应用，输入带宽不那么重要。因此，这些配置更适合低带宽、高输入阻抗应用。我们将在下一篇文章中更详细讨论这个话题。

然而，有一个问题未涉及，那就是ADC驱动器流过电阻的输入偏置电流所引起的失调误差。电阻越大，引起的直流误差越大。通过调整R₁和R₂之比以补偿不需要的压降，或通过选择R_f和R_g的值来抵消R1和R₂引起的失调，可以降低此误差，不过输入范围会有损失。但应注意，R_f必须足够小以确保放大器稳定，故第二种方案并不总是可行。

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