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はじめに

このアプリケーション ノートは、従来型のオペアンプのためのマルチフィードバック (MFB) フィルタを、完全差動アンプ (FDA) と組み合わせて使用するのに適した差動フィルタへ変換するプロセスの改善を目的としています。FDA をアクティブフィルタとして使用する場合、ほとんどのオンラインフィルタのデザイナーやツールでは解析に完全差動アンプが含まれていません。これらの ADC の入力を駆動するために完全差動アンプを利用することには、DC 結合によりシングルエンド信号を差動に変換できること、一段でゲインとアクティブフィルタを追加すること、独立した出力同相モード制御、2 次高調波性能の改善など、大きな利点が複数あります。

フィルタ タイプ各種（バターワース、ベッセルなど）、伝達関数、サポート式などのより包括的な分析を行うには、この記事の末尾に記載されている参照資料を評価することをご検討ください。

MFB オペアンプの実装

最も単純な方法として、従来のオペアンプ向けに MFB フィルタを設計して、シンプルに負の端子に反転またはミラー化し、帰還回路の両側に複製することができます。変換のためにオペアンプ MFB モデルを生成するには、テキサス インスツルメンツのフィルタ設計ツールを使用します。図 1 にこの原理を、次のコア 5 の基本コンポーネントで示します。

図 1 オペアンプから差動アンプへの MFB フィルタ

図 2 ADC を駆動する差動アンプ MFB フィルタ

C2 とラベル付けされた両方のコンデンサは、式 (1) と 図 6 に示すように、直列に結合して 1 つの受動部品にすることができます。

シミュレーション実装と結果

表 1 に、最も一般的なフィルタ アプリケーションの 1 つ、1MSPS の SAR ADC を駆動するアンチ エイリアシング フィルタの設計要件の例を示します。パッシブ値を生成するには、テキサス インスツルメンツのフィルタ設計ツール を使用して FDA フィルタに変換できるオペアンプ フィルタを生成してください。

図 3 500kHz、ゲイン = 1V/V、ローパス フィルタの回路図

図 4 500kHz、ゲイン = 1V/V、ローパス フィルタ OPA365 オペアンプ周波数応答

図 5 500kHz、ゲイン = 1V/V、ローパス フィルタ THS4535 FDA 周波数応答

表 2 に、2V/V のゲインによる追加の設計例を示し、1 つのアクティブ部品だけを使用して、シングルから差動への変換、ゲインの追加、およびアクティブ フィルタをすべて実現する方法を説明します。

図 6 500kHz、ゲイン = 2V/V、ローパス フィルタの回路図

図 7 500kHz、ゲイン = 2V/V、ローパス フィルタ OPA365 オペアンプ周波数応答

図 8 500kHz、ゲイン = 2V/V、ローパス フィルタ THS4535 FDA 周波数応答

システムのフィルタ一致性と同相信号除去比性能をさらに向上させるには、テキサス インスツルメンツの高精度マッチング抵抗 RES11A の活用をご検討ください。

サレンキーの実装

サレンキー型フィルタは通常、完全差動アンプでは使用されず、従来型のオペアンプの反転端子と非反転端子の両方へのフィードバック パスへの依存性があるため、本書では考慮しません。この構成では、各端子のインピーダンスが一致していません。これを FDA に複製すると、インピーダンスの不整合により大きな歪みや他の回路の異常が発生します。このため、一般的にはこれまでの完全差動アンプで説明した MFB フィルタ トポロジを利用することが推奨されます。

参考資料

1. テキサス インスツルメンツ、テキサス インスツルメンツのフィルタ設計ツール
2. テキサス インスツルメンツ、完全差動アクティブ フィルタにおける無限ゲイン、MFB フィルタ トポロジの使用、アナログ アプリケーション ジャーナル
3. テキサス インスツルメンツ、差動 ADC を駆動するフロントエンドの設計、ビデオ
4. テキサス インスツルメンツ、アクティブ ローパス フィルタ設計、アプリケーション ノート。
5. テキサス インスツルメンツ、AN-1393 で高速差動アンプを使用し、A/D コンバータを駆動する方法、アプリケーション ノート。
6. テキサス インスツルメンツ、完全差動アンプを使用したシングルエンド入力差動出力回路、アナログ エンジニア向け回路
7. テキサス インスツルメンツ、THS4551 低ノイズ、高精度、150MHz、完全差動アンプ、データシート