什么是差分信号?为什么要用差分信号?
电路一点通
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2023-11-27
1、什么是差分信号?为什么要用差分信号?两个芯片要通信,我们把它们用一根导线连接起来,一个传输1,另一个接受1,一个传输0,另一个接受0,不是很好吗?为什么还要搞其他的花花肠子。因为有干扰,各种各样的干扰,比如温度,电磁辐射等等,这些干扰使得传输的1不再是理想的1,传输的0也不再是理想的0,但是这些干扰几乎都有一个共同的特点,就是它对这条导线的干扰和它对这条导线附近导线的干扰是一样的。
利用这个特点,我们用两个导线传输信号,一条导线传输我们要传输的信号1010,另一条导线传输和他相反的信号0101,在接收端,我们把这两个信号做差,那么就会接收到1
-1 1 -1这样的信号,再通过电平转换或其他的手段就可以恢复出1010这个我们要传输的信号。干扰在做差的过程中被消除掉了。
2、差分放大电路基本结构所有的电子元器件的特性都会受到温度的影响,其中半导体材料受到影响的程度最大。对于PN结来说,温度系数为-2.5mV/°C,表示温度每升高1°C,二极管或三极管的管压降就会降低2.5mV,可以想象,温度高到一定程度的时候,二极管的正向导通反向截止的特性也就不存在了,所有的半导体都无法正常工作了。在共射放大电路中,电路基础:Lec16-共射放大电路的设计,温度的变化会产生三极管基极和发射极之间电压的变化△Ube,这种现象成为“温漂”。
差分电路基本结构利用差分信号的思想,我们建立上面电路图,输入端(Ui1-Ui2),输出端(Uo1-Uo2),就可以解决温漂的问题。温漂干扰在做差的过程中被消除掉了。3、长尾式差分电路
长尾式差分电路一个更实用的设计是采用长尾式差分电路,如图所示,这个电路可就厉害了,它可以单端输入,单端输出,放大倍数是普通共射放大电路的1/2倍。单端输入,差分输出,放大倍数是普通共射放大电路的1倍。差分输入,单端输出,放大倍数是普通共射放大电路的1。差分输入,差分输出,放大倍数是普通共射放大电路的2。这个电路之所以强大,是因为当温度变化时,产生了△Ube,但是它通过引入一个恒流源补偿△Ube,从而使Re两端的电压保持不变,这样流过Re的电流也不变,导出流过Rc的电流不变,最终输出的Vo不变。推导细节如下:
公式1其中,ui表示输入信号,ube表示三极管基极和集电极之间的电压差,它是温度的函数。现在我们只考虑温漂,ui保持不变。只看温度变化对输出的影响。对这个式子两端求导可得下式,这个式子表明温漂引起的△Ube会被△Ve所补偿。
公式2长尾式差分电路的仿真结果如下,从结果可以看出当单端信号输入时,单端输出的放大倍数是普通共射放大电路的1/2。放大倍数可以利用公式1对Ui求导推出,这里不再推导。
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