傳統(tǒng)上,，精密半波和全波整流器均采用精心挑選的元件,，這些元件包括高速運(yùn)算放大器、快速二極管和精密電阻,。元件數(shù)量繁多致使這種解決方案成本很高,，而且無(wú)法擺脫元件間交越失真、溫度漂移變化的困擾,。

本文介紹了如何配置雙通道差動(dòng)放大器—不需任何外部元件來(lái)提供精密絕對(duì)值輸出,。這種創(chuàng)新方案可以比傳統(tǒng)方案實(shí)現(xiàn)更高精度、更低成本和功耗,。

如圖1所示,，差動(dòng)放大器¹包括一個(gè)運(yùn)算放大器和四個(gè)電阻,，它們配置成一個(gè)減法器。低成本單芯片差動(dòng)放大器內(nèi)置激光晶圓調(diào)整電阻,，提供極高增益精度,、低失調(diào)、低失調(diào)漂移,、高共模抑制以及比分立替代器件更出色的整體性能,。

圖1. 差動(dòng)放大器

傳統(tǒng)絕對(duì)值電路
圖2所示為常用全波整流器電路示意圖。這種設(shè)計(jì)依賴(lài)兩個(gè)快速運(yùn)算放大器和五個(gè)精密電阻來(lái)獲得高性能,。當(dāng)輸入信號(hào)為正時(shí),，A1的輸出為負(fù)，所以D1反向偏置,。D2正向偏置,，從而關(guān)閉A1附近經(jīng)過(guò)R2的反饋環(huán)路并形成反相放大器。A2將乘以增益-2的A1輸出和乘以增益-1的輸入信號(hào)相加,，得到凈增益+1,。當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)時(shí)，D1正向偏置,，從而關(guān)閉A1附近的反饋環(huán)路,。D2反向偏置，故不導(dǎo)通,。A2將輸入信號(hào)反相,，產(chǎn)生正輸出。因而,，A2的輸出為正電壓,，表示正負(fù)輸入的絕對(duì)值。

圖2. 標(biāo)準(zhǔn)全波整流器^{2, 3}

這種設(shè)計(jì)有幾個(gè)固有的性能和系統(tǒng)缺點(diǎn),，如成本,、交越失真、增益誤差及噪聲等,。該設(shè)計(jì)要求雙電源和許多高性能元件,，進(jìn)一步提高了成本和復(fù)雜度。由于輸入信號(hào)跨越0 V + ΔV和0 V – ?V,，A1的輸出必須在–V_BE至+V_BE之間擺動(dòng),，所以響應(yīng)時(shí)間可能較長(zhǎng)。高速運(yùn)算放大器和二極管可以幫助減輕這個(gè)問(wèn)題,，不過(guò)代價(jià)是更高的功耗,。絕對(duì)值輸出的增益精度取決于R1、R2、R3,、R4和R5的匹配程度,。甚至一個(gè)電阻的小量失配，也會(huì)造成正負(fù)絕對(duì)值峰值之間的巨大誤差,。整體噪聲增益為6,，放大了運(yùn)算放大器噪聲、失調(diào)和漂移效應(yīng),。

改進(jìn)的絕對(duì)值電路
圖3所示為更簡(jiǎn)單,、更有效的絕對(duì)值電路，只需一個(gè) AD8277⁴ 雙通道差動(dòng)放大器和一個(gè)正電源,。當(dāng)輸入信號(hào)為正時(shí),，A1充當(dāng)電壓跟隨器。A2兩個(gè)輸入端的電位與輸入信號(hào)相同,，所以A2只是將正信號(hào)傳遞到輸出端,。當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)時(shí)，A1輸出端處于0 V,，而A2 反轉(zhuǎn)輸入信號(hào),。最終獲得輸入信號(hào)絕對(duì)值?？稍诟哌_(dá)10 kHz的頻率下對(duì)高達(dá)±10 V的信號(hào)進(jìn)行整流。如果要整流的信號(hào)非常微弱,，在每個(gè)運(yùn)算放大器輸出端放置一個(gè)下拉電阻可以提高0 V附近的電路性能,。

圖3. 利用AD8277的單電源絕對(duì)值電路

這個(gè)電路看似簡(jiǎn)單，但功能可行,，這完全得益于AD8277出色的輸入輸出特性以及單電源工作能力,。和大多數(shù)單電源供電應(yīng)用不同，該差動(dòng)放大器的輸入可在0 V 以下驅(qū)動(dòng),。這允許A1的輸入端在接受負(fù)輸入信號(hào)的同時(shí),，保持0V輸出。輸入端集成ESD二極管,，過(guò)壓保護(hù)能力更魯棒,。圖4所示為1 kHz 20 V p-p輸入信號(hào)的輸入和輸出波形及特性。

圖4. (a) 1 kHz 20 -V p-p輸入信號(hào)的輸入和輸出(b) 輸入與輸出特性曲線

這個(gè)改進(jìn)的絕對(duì)值電路克服了傳統(tǒng)整流器設(shè)計(jì)的諸多缺陷,，其價(jià)值超乎想象,。其中最為突出的是減少了所需元件數(shù)：只需一個(gè)器件。取消了外部二極管,，同時(shí)也消除了交越失真,。激光晶圓調(diào)整電阻精確匹配，確保增益誤差低于0.02%。電路的噪聲增益只有2,，噪聲,、失調(diào)及漂移更低。由于采用2 V至36 V單電源供電,，AD8277靜態(tài)電流低于400 μA,。

結(jié)論
采用單個(gè)雙通道差動(dòng)放大器構(gòu)建的精密全波整流器在多個(gè)方面超越了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。其中最值得一提的是,，取消了高性能外部元件和雙電源,，成本和復(fù)雜程度均大幅降低。該差動(dòng)放大器解決方案不存在交越恢復(fù)問(wèn)題并經(jīng)優(yōu)化以在廣泛溫度范圍內(nèi)獲得低漂移,。采用AD8277,，可利用單個(gè)IC實(shí)現(xiàn)低功耗、低成本,、高精密絕對(duì)值電路,。