因为最近一个多星期都在看全差分放大器的相关资料，前面也输出一篇笔记了，加上工作中也用到了FDA，所以再多整理一篇关于它的笔记，以加深理解。

本文主要内容包括FDA的两个失调电压，稳定性与噪声，通过仿真工具帮助掌握这些关键参数。

1.两个失调电压

FDA有两个失调电压，一个是在差分输入引脚，一个是在输出共模引脚，如ADA4932-1的规格书所示，参见图1和图2。类似的，在两个输入端还能看到都有输入电阻、CMRR和Gain等参数。从这些共有参数的对比中，我们也可以增加对FDA的认识，比如Vocm的输入失调电压有-3mV（typ），差分输入引脚的只有0.5mV（typ）。前者的失调电压虽大一些，但一般不用担心，因为FDA的最终输出是两个输出端的差值。

图1 ADA4932-1差分输入的失调电压（还可以看到它的Ibs典型值为-3uA，1K反馈电阻就会有3mV的输出失调了，所以一般高速FDA的反馈电阻都比较小如300Ω电阻，当然这样会牺牲一些功耗）

图2 ADA4932-1输出共模的失调电压（Vocm的CMRR居然跟差分输入端的一样大！）

杨建国的视频课程中对此做了建模，可以帮助我们理解这两个失调电压，参见图3。这里需要注意几点，第一，仿真输入失调电压影响时需将两个输入端接地；第二，反馈电阻值不应太大，否则输出失调电压还会受到输入偏置电流的影响；第三，输入失调电压最终要乘以噪声增益才能得到由它引起的输出失调电压。

图3 包含两个失调电压的FDA模型

图4 仿真AD8137输出失调，并从中求出两个输入端各自的输入失调，可以看到仿真结果与数据手册不符合，只能说明模型有缺陷

我们也照此仿真一下ADA1932-1的输出失调，看仿真模型与数据手册是否对得上。仿真结果参见图5，利用图4的公式可以求出差分输入的输入失调电压为-0.496mV（数据手册典型值为±0.5mV），Vocm的输入失调电压为0.975mV（数据手册典型值为-3mV）。可以看到前者与数据手册的典型值基本能对上，但后者就差得有点多了。

图5 ADA4932-1仿真两个输入失调引起的影响

2.输入偏置电流

顺手再仿真一下输入偏置电流。由于数据手册中看到该运放的Vos为±0.5mV（typ），Ibs为-3uA（typ），参见图1和图2。为了减小Vos的影响，特别增大了Rf阻值，以及让Rg等于Rf以减小噪声增益。理论上由Vos引起的电流为0.05uA，远小于3uA，所以最终看到的输出失调将只由Ibs决定。但仿真结果仍然与数据手册对不上。

图6 输入偏置电流的仿真电路与结果，I_RG3=1.3374uA，OUTn=1.5mV，跟数据手册对不上

3. 稳定性

一般FDA的大部分应用场景都是用于驱动全差分输入的ADC，FDA与后级ADC之间通常会有用于减小反冲电压的RC器件（通常器件值很小），这就意味着运放可能会驱动容性负载，所以要特别考察一下环路稳定性。所以，这里先确认一下仿真模型的准确性如何。当然，做AoL曲线确认之前，通常看一下静态工作点电压是否正确，确认电路搭建的是否正确。

最终结果参见表1，由于数据手册中的图只能用眼粗略估计，所以偏差会有点大，但用于对比还是足够的，特别是相位，100Mhz以上的时候，仿真结果与数据手册差异很大！

表1 开环曲线的增益/相位对比

图7 ADA4932的开环增益/相位与频率曲线

图8 ADA4932用于仿真开环增益的电路图

图9 开环增益的仿真结果，为了方便与数据手册对比，已重新定标

虽然前面看到了仿真模型的开环增益曲线在大于100MHz的高频区域，与数据手册的误差就变大了，但这里还是将前面电路的稳定性评估出来了，结果参见图10。

图10 稳定性仿真结果，相位裕量约为70°，满足稳定性要求

4. 噪声

最后再看一下噪声，先计算再仿真，看两者差异，计算与仿真过程参见下图。最终的噪声计算结果为43.8235uVrms，仿真结果为43.35uVrms，非常接近！

需要注意的是，噪声计算公式里面假设了电阻对完全匹配，所以Vocm的输入噪声才能被抵消，因此设计FDA电路时选型增益设置的电阻时要留心一些，尽量减小电阻对的失配率。否则既会影响CMRR也会影响噪声。

图11 计算电路噪声的关键参数

图12 计算电路噪声的关键参数-2

图13 计算电路噪声的相关公式，参见ADA4932-1数据手册

图14 电路噪声的计算结果为42.8uVrms

图15 噪声仿真电路为43.35uVrms

5.结论

本文主要整理了FDA的两个失调电压，稳定性和噪声这三个关键的参数，恰当的运用仿真工具的确可以帮助我们理解它们。过程中我们也发现了FDA仿真模型存在的不准确性，比如失调电压，开环增益曲线等，与数据手册误差较大，当存在差别时要以数据手册为准，参见图16。实际上我们在仿真其他器件时，比如单端运放，也要确认一下仿真模型的准确性，特别是发布时间较早的器件。

图16 FDA的仿真模型均存在较为严重的不准确