文档介绍：第四章差分放大器
单端与差动的工作方式
单端信号的参考电位为某一固定电位(通常为地电位), 差动信号定义为两个节点电位之差, 且这两个节点的电位相对于某一固定电位大小相等,极性相反。在差动信号中, 中心电位称为“共模”(CM)电平。
共模电平
差动工作比单端工作有什么优点?
用差分放大器消除时钟噪声
差动工作与单端工作相比, 一个重要优势在于它对环境噪声具有更强的抗干扰能力!!
单端工作时时钟大信号通过寄生电容干扰放大的小信号
V01
V02
V01- V02
极性相反的两路受干扰小信号, 差动输出时干扰消除了!
对称差动时钟大信号通过寄生电容耦合到小信号的噪声因极性相反而相互抵消
差动工作还有什么优点?
差分放大器的优点
VX- VY
电源噪声对单端电路产生的干扰
差动输出时电源噪声产生的干扰消除了
差动信号的优点:
1. 能有效抑制共模噪声。
2. 增大了输出电压摆幅(是单端输出的两倍)。
3. 偏置电路更简单(差分对可以直接耦合)、输出线性度更高。
4. 缺点是芯片面积和功耗略有增加.
如何放大一个差分信号?
简单差动电路
输入共模电平对输出的影响
将两条相同的单端信号路径结合起来,分别处理两个差动相位信号Vin1和Vin2, 但当Vin1和Vin2存在很大的共模干扰或各自的直流电平设置的不好时, 随着共模电平VinCM的变化, M1 和M2的偏置电流会变化, 从而导致跨导和输出共模电平变化, 跨导的变化会改变小信号增益, 输出共模电平相对于理想值的偏离会降低最大允许输出摆幅, 严重时会导致输出端出现严重失真, 因此, 重要的是应使M1 和M2的偏置电流受输入共模电平的影响尽可能小。
简单差动对
Vin1和Vin2是差动相位信号
如何减小输入共模电平变化的影响呢?
基本差动对
Vin1-Vin2足够负, M1截止, M2导通
Vin1-Vin2足够正, M1导通, M2截止
Vin1-Vin2相差不大时, M1和M2均导通
Vin1=Vin2 时,小信号增益(即斜率)最大
△Vin
基本差动对的重要特性
差动对的两个重要特性:
1. 输出端的最大和最小电平是确定的(分别为VDD和VDD -RDISS) 。它们与共模输人电平无关。
2. 小信号增益当Vin1= Vin2时达到最大,且随着| Vin1- Vin2 | 的增加而逐渐减小到零。也就是说, 随着输入电压摆幅的增大,电路变得更加非线性。当Vin1= Vin2时, 我们说电路处于平衡状态, 即静态。
基本差分对的共模特性
VinCMmin
为保证M1和M2饱和, VinCMmin=?, VinCMmax =?
当VP≤Vb-VTN时, M3工作在线性区,等效于一个小电阻
基本差分对的共模输入范围
(M3饱和要求)
(M1饱和要求)
ISS
差动对小信号差动增益与共模输入电平的关系
VinCMmax
VinCMmin
产生ISS的MOS管线性
M1和M2线性