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差分电路

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差分电路

自?动翻译,供∫参考

本文引用地址:?http://w∝ww.eepw.com.cn/article/201808/387076.htm

对于通信应用差分电路设计技术

其中一个在?通信系统设计的主要挑战是提供足够的信号保真度成功攻克。严格的标准规范要求进行适当的接口拓扑结构选≥择。用于蜂窝电话的通信标准,诸如码分多址(CDM*A)和宽带CDMA的部?署,需要高动态范围,高输入?线性和低噪声,以避免阻滞剂,信号失≧真,和灵敏度退化的影响。在过去,完全差分信号链的性能优势?通过由于实际应用问题的单端选⊙择很?3μ压倒。然而,﹣在集成的RF电路技术的最新进展和可用高性能差分RF积木扩展允许差动结构被应用到高性能接收机设计。

图1:单端信号的例子。单端信号是不平衡的定义,是由感兴趣的信号和恒定参考点,通常地,作为对信号返回路径之间的差值测量。的问题可以,如果错误源被引入到?单端信号会遇到。由于接地参考将不受注入的错误,错误结转通过信号。在单端配置中,引?入⌒到所期望的信号的任何变化将是有?问题的-,而不涉及过于复杂抵消技术除∠去。出于这个原因,单端信≡≤号或不平衡信号更容易产生的噪声和干扰,如电磁耦合干扰。此外,如稍后将示出的,不平衡的配置具有比均衡电路失真更高。

图2:差分信号的例子。差分信号∥是由对平衡信号≈走动以相等但相反的振幅的参考点的。该复合差分信号对应于正和负平衡信号之间的差。例≦如,从两个1 VP-P的信号,其结果是2 VP-P的复合信号。﹢在这种情况下,如果错误源被引入到差分信号路径中,它可能会被添加到每两个平衡信号相等的。因为返回㈱路径是不恒定的参考点,差动信号将㎜不受影响一旦两个平衡∵信号分量的差异抵消了误差,这¥通常是相等?的振幅在每个信号∟的过渡。由于这∶个?原因,㎝平衡?信号是不易发∮生的噪声和干扰比?不平衡信号会。而且,如将讨论的,均衡的信号具有失真比单端电路更低。

图?3:传统接收器架构。这?里展示的是一个传统的超外差接收机的方框图。不管‰拓扑,单端或差分,该系统的目标是⊥成功提供一个希望的信号♂到模拟 – 数字转换器,用于数〒字化。信号?路径包括几个射频?块:天线,滤波器,低噪声放大器(LN?A),混频器,ADC驱动放?大器,和ADC。天线之后的第一?个块是任??务是⊕?放大高于热噪声?的信号在LNA。扩增在此阶段是关键的,因为这将决定该系统的灵敏度和将确保后续混频器和放大器的LNA后不显著本底噪声?添加。沿途有带通滤波器来抑制带外的任何内容,并减少失真或噪声,接收器级可沿信≒号?路径添加。下一个块,混频器,它遵循在L?NA,频率转换感兴趣的信号,下转换高频RF信号到一?个较低的,更容?易管理的?中频(IF)。 ADC驱动器放大器和抗混叠滤波器(AAF)准备信号以由ADC进行数字化。驾驶员提供增益和㎡AAF抑制第一奈奎﹤?斯特区的ADC,包括将被递送到ADC输√入噪声之外的任何内容,?和具有不同波段的寄?生分量仍然存在于信号路径中。最后,在模拟信号路径?的末端时,ADC进行数字化的基带信息的功能。※

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图4:通信系统的考虑。为了对比单端至差分,也有必须∈遵守设计好整个系统的系统级性能指标。一些是流行在通信系统中的关键考虑因素已经被提到?,但有一个完整的视图是很重要的。是什么让一个良好的射频设计?根据不同的应用程序和体系结构,性能规格会有所不同。?然而,通常有一些中普遍存在的通信系统中很常见的考虑,如失真,噪声基底,和动态范围。此外,良好的灵敏度要求低本底噪声和低时钟相位ml噪声。㏒高投入,三阶截取(IP3)和高1 dB?压缩点(P1d≮B的)是?=输入信号电平处理能力是至关重要的。有很多的传输共享的风口浪尖。的鲁棒系统,?需要用于处?理期望?信号,这是一般的∴小和中的其它干扰信号的存在,这可能是大的。因此,高灵敏?度,输入线性?,选择?性好,和高抗干扰到附近的大信号都需要一℃个强大的系统设计。%其?他考虑£◎因素包括低成∞本,低功耗(?尤其?是用于便携式设备),¬和紧凑的尺寸。

图5:差分优点。有几个优?点使℅用差分相对于单端信号链;这里审查是最常见的。差分信号链具有的优点相比单端链㎞具有关于输出过渡。每个输出的较低的信号电压意味着更高的总体·信号电压就可以实现。因此,相同∨的总的信号摆幅可以实现,相比于单端信号,以更低的功?耗。由于可用的?更大输出摆幅的结果:更高的总体信号摆幅可以达 ?到?;可以实现相同的总信号摆幅但略低于电源;和功耗可以被降低。也有以系统的线性?度的好处。在非常低的失真的应用,相对于单′端信号的电源的净空可提高两个因∩素。有差系统中偶?次谐波的固有的取消,意味着该≌第二,第四,第六,等等谐波会?相较于奇次谐波相当低?。?要注意的是一个完全消除无法实现这一点很重要,但有明显的优势。差分架构还允许一些预失真技术,以帮助减少奇次谐波。此外,还有典型地是大约6 dB的改进在输出1 ?dB压缩∏点(﹣P1dB的)和O㎏I?P3对于相同的电源轨。最后,由于信号±的返回路径不再通过地面,该信号将是地面的噪声和干扰,从而转化为具有改进的电源抑制比(PSRR)更好的共模抑制÷比(CMRR)?较不敏感。此外,差分方法提供了改进的?抗耦合的电磁干扰(EMI)。

图6:不平衡与平衡信号。这里展示的是两个框图对比单端和差¥分方法。第一个图表表示具有体积小,片面的=输入信号?的?单端?框图。蓝色信号示出任何类型的进入系统的共模干扰。请注意,此蓝色干扰信号也被放大在输出 – 被放大一?样多∷的需要的信号。是?困难的所需信号从干扰信号中分离出来。差动方框图显示°由极性相反的两个信号所需要的信号,一种是积极的,另一种是消极的。在输入端引入的?任何干扰将是对两个参考电平相同的极性,如图?蓝色。m虽然干扰信号在每个输出进行放大?,当看?该复合信号,所述两个差分信?号之间的差?,所希望的信号被加倍,并且干¤扰1已被移除。而单端的o方法是容易受到共模噪声,电源?噪声,或电磁干扰,差分块具?有由凭借取消的免疫力的那些干扰。

图7:偶数订?单取消。除了共模干扰免疫,差分方法也有偶次谐波的固有的取消。这里展示的是单端℡的方式进/行审查。甲非线?性器件,在这种情况下,一个单端放∷大器,是由一个幂级数展开传递函数描述并在其输入端?提供的正弦曲线。幂级数(方程式在底部)的膨胀表明,一个恒定绑定到每个频×率倍数,偶数和奇数。

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图8:输出光谱图。示这个等式可以更容易地可视化及其各种部件。表⊿示基本信号的方程的部分以灰色突出显示。表示第二和第三谐波部分被在红色和绿色,高亮分别。幂级数的膨胀表明非零常数是绑每个频率倍‖数,偶数和奇数。很显≠然,单端,非线性装置已在整个∧光谱创建谐波,正如所预期的。

图9:差分块的取消效应。采取同样的数学>方法来看待差分方法可看到的固有消除偶次谐波?,类似于先前讨论的共模干扰?免?疫是∽有利的。再?次,一个非线性器件,在这?种情况下,差分放大器∑块,是由幂级数展开£传递函数描述,并有一对相反极性的正弦曲线的供给 – 这些表示在?该装置的输入端的差分信?号。通过膨胀,示出+了差动块的消除效果。

图10:非线㏕性元件的输出光谱。再次,示出了该方程可以更容易?地可视化及其各种部件。幂?级?数的扩大表明,该系列?的所有偶次谐波是由他们的同行相对幅度的取消。只用基本信㏄号,以灰色突出显示,并且第三次谐波,≯以绿色突出,具有一个非零贡献。在现实生活中,非理想的设备将不会达到完美的注销,但他们从较低的偶次谐波中受益。

图11:?驱动ADC的挑战∣。一种在通@信系统的设计的m主要挑战是成功的驱动所需要的信号?到模拟 – 数*?字转换器。此处×示出?的㎎例子有助?于说明差动信号链与单端信号链的好处。这里所示的三个主要块是驱动放大器,该抗混?叠滤波器,以及%模拟 – 数字转换器。充足的保真度信号检测需要适当的元件选择和接口?的实现。这里(图11)3的评价是两个例子,一个单端和一个差分。的2目标是获取在信号传输的蓝色部分上的左侧。它是在其他较大,干扰?信号的存在的?小信号。捕捉到它$,<有必要考虑噪声,动态范围,以及其他因素的具体?到ADC要求。这是所有必要的″№提取只有感兴趣的信号,并将其交付给ADC。这个接收器信号显示在右侧;它已被放大,并?且阻断剂已被除去,留下的信号的唯一的期望部分,?以蓝色显示。

图12:通信系统的单端和差分信号℉链的性能比较。图12比较,在接收♀机的mol通信系统端的真实世界的例子中,单端和差分信号链的性能。第一个例﹢子是,开始于单端方法的单端I∪F驱动放大器,随后?是单端的抗混叠滤波器,然后被转换成差分信号由变压㏑器在输入到ADC。注意,在许多情况下,单端方法被认为是被动?的方法,因为该﹥变压器用于转换的信号给差分A?DC。差动例?开始时的差分信号在一个变压器的输出¢,差动AD?C驱动放大器?,后接一个差分抗混叠滤波器,以及输入到ADC。差分方式称为有源因为一个放大器可被用于进行转换。每个组件的性能度量被列出,但是下图?使用与这些相同的度量的信号链性能表以帮助分析级联系统性能,并比较所述单端和差分的方法。
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作者: mgnqyz

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