理想條件下，當運算放大器的差分輸入電壓為0時，運算放大器的差分輸出電壓也應該為零。但是由于電路存在失配，此時運放的輸出不為0，則電路存在直流失調，定義為輸出電壓為0時的輸入電壓值。

現有消除直流失調基本有三種方式：交流耦合、開關電容、低通負反饋。

交流耦合是一種比較容易的實現方式，實現方式是前后兩級之間加耦合電容，第二級近輸入端加直流偏置電路，但是在信號頻率比較低時這種結構需要極大的片上電容，難以片上實現。如圖1所示。

開關電容利用時鐘分時積分的方法消除直流失調，利用時鐘分時對開關電容采樣，通過長時間積分達到消除直流失調功能，但它引入一個時鐘在實際電路中需要增加一個電路把這個時鐘濾除，另外mos開關會存在時鐘饋通、電荷注入效應，影響直流失調消除的精度。

低通負反饋是目前應用非常廣泛的直流失調消除方式，其基本原理是在基帶反饋環(huán)路中加入一個低截止頻率的低通濾波器，低通濾波器用來對低頻率信號和直流信號進行濾波衰減從而實現直流失調。這種結構需要在反饋環(huán)路上使用運算放大器來實現，運算放大器會不僅會帶來額外的功耗，而且對運放要求較高，容易使得環(huán)路振蕩。

因此，本領域的技術人員致力于開發(fā)一種消除直流失調電壓全差分運算放大器電路，方便實現對直流電平的抑制，提高直流消除系統穩(wěn)定性。

想掌握差分放大電路，首先就要知道什么是差分放大電路以及它的作用。

差分放大電路是模擬集成運算放大器輸入級所采用的的電路形式，差分放大電路是由對稱的兩個基本放大電路，通過射極公共電阻耦合構成的，對稱的意思就是說兩個三極管的特性都是一致的，電路參數一致，同時具有兩個輸入信號。

它的作用是能夠有效穩(wěn)定靜態(tài)工作點，同時具有抑制共模信號，放大差模信號等顯著特點，廣泛應用于直接耦合電路和測量電路輸入端。

差模放大電路特點：

電路兩邊對稱兩個管子公用發(fā)射機電阻Re具有兩個信號輸入端信號既可以雙端輸出，也可以單端輸出

共模信號：大小幅度相等極性相同的輸入信號。

差模信號：大小幅度相等極性相反的輸入信號。

差分放大電路具有抑制零漂移穩(wěn)定靜態(tài)工作點，和抑制共模信號等作用，接下來一一分析。

首先我們的電路的工作環(huán)境溫度并不是一成不變的，也就是說是時刻變化著的，還有直流電源的波動，元器件老化，特性發(fā)生變化都會引起零漂和靜態(tài)工作點變化。通常在阻容耦合放大電路中，前一級的輸出的變化的漂移電壓都落在耦合電容上，不會傳入下一級放大電路。

但在直接耦合放大電路中，這種漂移電壓和有用的信號一起送到下一級被放大，導致電路不能正常工作，所以要采取措施，抑制溫度漂移，雖然耦合電容可以隔離上一級溫漂電壓，但是很多時候我們要接受處理的是很多微弱的、變化緩慢的弱信號，這類信號不足以驅動負載，必須經過放大。又不能通過耦合電容傳遞，所以必須通過直接耦合放大電路，那么直接耦合典型電路：就是差分放大電路。

通常克服溫漂的方法是引入直流負反饋，或者溫度補償。

接下來談談直接耦合電路中，差分放大電路如何抑制零漂電壓穩(wěn)定工作點，和抑制共模信號，并放大差分信號的。

全差分放大器 (FDA)是一種多用途的工具，它可以替代balun(或與它一同使用)的同時，并且提供多種優(yōu)點。與傳統的使用單端輸出的放大器相比，電路設計人員在使用由FDA實現的全差分信號處理頻譜分析儀時，能夠增加電路對外部噪聲的抗擾度，從而將動態(tài)范圍加倍，并且減少偶次諧波。

如果想要在運算放大器 (op amp)外部建立適當增益，將總共需要使用8個電阻，這設計起來將會十分復雜?，F在，工程師只需要一半數量的電阻器和一個IC，就可以使用一個FDA來提供ADC的單端至差分接口和一個差分至差分接口。同時，這個IC無需balun便可以使得DC分量導通，這一點不同于提供DC隔離的balun。這個的關鍵點是在許多應用中需DC和低頻的出色的頻率響應。

基本上來說，FDA是具有兩個放大器的器件。主差分放大器(從VIN至VOUT)由多個反饋路徑和Vocm誤差放大器組成，而Vocm誤差放大器更多情況下被稱為共模輸出放大器。

Vocm放大器在內部采樣差分電壓(VOUT+和VOUT–)，并且將這個電壓與施加到VOCM引腳上的電壓相比較。通過一個內部反饋環(huán)路，Vocm放大器將Vocm誤差放大器的“誤差”電壓(輸入引腳間的電壓)驅動為0，這樣的話，VOUT_cm= Vocm。

如果VOCM引腳保持在懸空的狀態(tài)時，通常由一個內部分壓器將偏置點的缺省值設定為VCC/2(電源間的中間位置)。(VOCM)引腳上的Vocm設置會影響到總體輸出擺幅(稍后討論)。這些特性不同于具有單端輸出的傳統運算放大器。在傳統運算放大器中，輸出共模電壓和單端輸出實際上是會影響到運算放大器的動態(tài)范圍的同一信號。

在使用全差分放大器(FDA)進行設計時，存在一個常見的誤解。設計人員經常將單端雙極信號轉換為具有 DC 偏移的差分信號，以驅動具有單正電源的模數轉換器(ADC)，其配置類似于圖 1 所示的配置。

圖 1：FDA 驅動 ADC

在此示例中，單端 +/-1V 信號被轉換為增益為 -2 的差分信號并上移 1.5V 以驅動單電源 ADC。

誤解是 FDA 必須有一個對稱的負電源，因為它的輸入相對于地是對稱的。然而，如果 FDA 可以接受低至其負供應的輸入，則對稱負供應是不必要的。您實際上可以將電路板接地用作 FDA 的負電源，如圖 2 所示。

圖 2：執(zhí)行單端到差分轉換的典型 FDA 電路

由于地面上的負 FDA 供應，FDA 的負輸出 Vout_neg 永遠不會低于地面。由于 FDA 的正輸入 Vin_pos 只是由 Rg/(Rg+Rf) 衰減的 Vout_neg，因此 Vin_pos 永遠不會低于地面。FDA 的高開環(huán)增益會在兩個輸入之間產生虛擬短路，從而確保 FDA 的負輸入 Vin_neg 永遠不會低于地電位。

即使輸入信號是偽差分并以負電壓為參考，您仍然可以將地用作 FDA 的負電源。在圖 3 中，假設 Vref = -0.1V，FDA 數據表中的最小 Vout 為 0.2V，Rf = 2Rg，增益為 -2：

圖 3：具有偽差分輸入的 FDA

FDA 正輸入 Vin_pos 的最小輸入公式如下：

FDA 輸入的虛擬短路確保 FDA 的輸入永遠不會低于地面。

如果您設置 FDA 增益和 Vocm 以使最小 Vout_neg 高于 FDA 數據表中指定的作為最小輸出的值，則可以接受更低的 Vref 值。

最重要的是，在將單端或偽差分信號轉換為具有正偏移的差分信號時，具有負軌輸入 (NRI) 的 FDA 可以節(jié)省負 FDA 電源的費用和電路板空間。請務必尋找 3V 和 5V 之間的單一 FDA 電源，并考慮使用高帶寬、低功耗 FDA，例如THS4521。