当想放大一个有用信号时,信号中往往除了有用信号外,还包括噪声。
比如说,如下图所示的电路,信号不止来自于有用信号,电源所带来的纹波也会被引入信号通路中。
这些噪声,是不需要的。在实际操作中,需要将其滤除。
可以通过滤波,或者硬件实现,或者算法实现。
另外一种方法,就是通过使用差分信号。如下图所示。
Vout=Vx-Vy,假设点X和点Y处对应的纹波大小相等,相位相反,则纹波由于相减操作而相互抵消。
差分信号具有两根信号线,两根信号线上的信号具有两个特性:
(1) 两个信号幅度相等,相位相差180度;
(2) 两个信号具有相同的直流电压VCM,被称为"common-mode(CM) level"。
如下图所示,左边的即是差分信号;但是右边的则不是,因为没有相同的VCM。
但是,不知道你们有没有过这样的困惑,那就是为啥右边的图,不能称之为差分信号呢?
明明努努力,稍微变换一下,也能满足上面的两个特性呀。
比如说:
V1=2V+sinwt
V2=0V-sinwt
那变一下形式:
V1=1V+(1V+sinwt)
V2=1V-(1V+sinwt)
你看,直流电平相等,满足了;信号幅度相等,相位相差180度,也满足了。
那为啥不能称之为差分信号呢?
以前我有这个困惑,不过现在没有了。
虽然可以人为的做个变换,将V1的2V的直流电平,看成是1V的直流电平,把另外1V当成信号来处理;但是,具体实现的电路并不会这样,2V的直流电平,那就是2V。而V2,0V的直流电平,那就是0V。
什么意思呢?
慢慢往下看。
假设两个差分信号为:
则其peak amplitude和peak-to-peak amplitude如下表所示:
差分信号的产生,可以有多种方法,其中一种,就是采用变压器。
但是,差分电路也不是对所有噪声都有效,如果噪声在变换为差分信号之前就存在了,比如上图中的1处引入了噪声,则差分电路对这噪声也无能为力,变换成的差分信号上仍然存在噪声;只有当噪声是在差分端引入,如2和3处,差分电路才能起到作用。
在芯片中,接收和产生差分信号的电路,称之为"差分对",如下图所示。
前面讲的那个困惑,就解疑于此。
假设Vin1的直流电压为2V,Vin2的直流电压为0V,那么M1处于开启状态,而M2处于关断状态。
这样,如果Vin1和Vin2同时引入噪声,但是由于两个管子的工作状态不一致,所以把VX和VY相减,也无法将噪声抵消。所以,为了保证电路能够通过相减操作,抑制噪声,还是需要提供相同的直流电平,保证管子M1和M2处于相同的工作状态。