经典架构新玩法：用单端仪表放大器实现全差分输出收藏

   随着对精度要求的不断提高，全差分信号链元件因出色的性能脱颖而出，而且其噪声抑制的主要优点可以被信号路由所利用由于输出会拾取这种噪声，因此经常会出现误差并在信号链中进一步衰减此外，差分信号的范围可以达到同一电源上单端信号的两倍。

因此，全差分信号的信噪比(SNR)更高传统的三运放仪表放大器有许多优点，包括共模信号抑制、高输入阻抗，以及精确（可调）的增益但在需要全差分输出信号时，它就无能为力了人们已经使用一些方法，用标准元件实现全差分仪表放大器。

但它们有着各自的缺点

传统的仪表放大器    一种技术是使用运算放大器驱动参考引脚，正输入为共模，负输入为将输出连接在一起的两个匹配电阻的中心该配置使用仪表放大器输出作为正输出，运算放大器输出作为负输出由于两个输出是不同的放大器，因此这些放大器之间动态性能的失配会极大地影响电路的整体性能。

此外，两个电阻的匹配使输出共模随输出信号移动，可能导致失真在该电路的设计中，选择放大器时必须考虑稳定性，并且运算放大器上可能需要一个反馈电容，用于限制电路的总带宽最后，该电路的增益范围取决于仪表放大器因此，不可能实现小于1的增益。

使用外部运算放大器产生反相输出    另一种技术是将两个仪表放大器与所交换的输入并联与前一个电路相比，这种配置具有更好的匹配驱动电路和频率响应，但它不能实现小于2的增益该电路还需要精密的匹配增益电阻，以获得纯差分信号。

与先前的架构一样，这些电阻的失配会导致输出共模电平变化

使用第二仪表放大器产生反相输出    这两种方法在实现增益及匹配元件的要求方面存在限制    如下图所示，通过交叉连接两个仪表放大器并使用单个增益电阻，这种新电路可提供具有精密增益或衰减的全差分输出通过将两个参考引脚连接在一起，用户可以根据需要调整输出共模。

交叉连接技术——产生差分仪表放大器输出的解决方案    In_A的增益由以下等式推出由于输入电压出现在仪表放大器2的输入缓冲器的正端子上，而电阻R2和R3另一端的电压为0V，因此这些缓冲器的增益遵循同相运算放大器配置公式。

同样，对于仪表放大器1的输入缓冲器，增益遵循反相运算放大器配置由于差分放大器中的所有电阻都匹配，因此缓冲器输出的增益为1

仪表放大器内部的匹配电阻是交叉连接技术的关键

根据对称性原则，如果在In_B施加电压V2且In_A接地，则结果如下：

将这两个结果相加得到电路的增益

   增益电阻R3和R2设定电路的增益，并且只需要一个电阻来实现全差分信号正/负输出取决于安装的电阻不安装R3将导致增益公式中的第二项为零由此可得，增益为2×R1/R2不安装R2会导致增益公式中的第一项为零。

由此可得，增益为-2×R1/R3需要注意的是增益纯粹是一个比率，因此可以实现小于1的增益请记住，由于R2和R3对增益有相反的影响，所以，使用两个增益电阻会使第一级增益高于输出增益如果在选择电阻值时不小心，会加大第一级运算放大器在输出端引起的偏差。

   为了演示这个电路的实际运用情况，我们把两个AD8221仪表放大器连接起来数据手册列出R1为24.7kΩ，因此当R2为49.4kΩ时，可实现等于1的增益    CH1是In_A的输入信号，CH2是VOUT_A，CH3是VOUT_B。

输出A和B匹配且反相，差值在幅度上等于输入信号

使用交叉连接技术产生差分仪表放大器输出信号，增益=1时的测量结果    接下来，将49.4kΩ增益电阻从R2移至R3，电路的新增益为-1现在Out_A与输入反相，输出之间的差值在幅度上等于输入信号

使用交叉连接技术产生差分仪表放大器输出信号，增益=-1时的测量结果如前所述，其它技术的一个限制是无法实现衰减。根据增益公式，使用R2=98.8kΩ，电路会使输入信号衰减两倍。

使用交叉连接技术产生差分仪表放大器输出信号，增益=1/2时的测量结果最后，为了显示高增益，选择R2=494Ω以实现G=100。

使用交叉连接技术产生差分仪表放大器输出信号，增益=100时的测量结果    该电路的性能表现符合增益公式的描述为了获得最佳性能，使用此电路时应采取一些预防措施增益电阻的精度和漂移会增加仪表放大器的增益误差，因此要根据误差要求选择合适的容差。

由于仪表放大器Rg引脚上的电容可能导致较差的频率性能，因此如果需要高频性能，应注意这些节点此外，两个仪表放大器之间的温度失配会因失调漂移导致系统失调，因此在布局和加载方面要小心使用双通道仪表放大器，如AD8222，有助于克服这些潜在的问题。

交叉连接技术可保持仪表放大器所需特性，同时提供附加功能尽管本文讨论的所有示例都实现了差分输出，但在交叉连接电路中，输出的共模不会受电阻对失配的影响，与其它架构不同因此，始终都能实现真正的差分输出而且，如增益公式所示，差分信号衰减是可能存在的，这样就不必采用漏斗放大器，而从前这是必不可少的。

最后，输出的极性由增益电阻的位置决定（使用R2或R3），为用户增加了更多的灵活性

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