差分電路原理

一種單晶體管電流鏡像與適當(dāng)?shù)呢撦d相接合，其中結(jié)合了適當(dāng)?shù)拈_關(guān)集合，以實現(xiàn)比較器功能。具體地，差分電路包括單晶體管電流鏡像，所述單晶體管電流鏡像包括通過開關(guān)與晶體管相連的電容器以及通過各自獨立的開關(guān)與電流鏡像相連的兩個電流源，與電容器開關(guān)一起操作電流源之一的開關(guān)，以便充電電容器，并且操作另一個電流源的開關(guān)，以便所述電路作為具有電流源負載的源極跟隨放大器進行操作。因此，晶體管特性的空間分布不會影響比較器功能。

差分電路是具有這樣一種功能的電路。該電路的輸入端是兩個信號的輸入，這兩個信號的差值，為電路有效輸入信號，電路的輸出是對這兩個輸入信號之差的放大。設(shè)想這樣一種情景，如果存在干擾信號，會對兩個輸入信號產(chǎn)生相同的干擾，通過二者之差，干擾信號的有效輸入為零，這就達到了抗共模干擾的目的 。

1）三極管有一個溫度特性，溫度升高的時候，集電極電流會上升，反之下降。

2）如果兩個三極管的特性十分接近(配對),，溫度變化的時候，兩個管子的集電極電流變化也會基本相同。

為了消除溫度對電路的影響，可以設(shè)計一個特殊的電路來消除。下圖中是沒有差分的，溫度升高的時候，電極電流將上升，流過集電極電阻的電流也升高。這樣一來，集電極電阻兩端的電壓也會升高，Vcc不變，從而導(dǎo)致集電極電壓下降，U1下降了。假設(shè)下降了v。

結(jié)果總的輸出為U1-U2-v。U2是接地的等于零.，所以輸出為U1-v。由于受溫度升高的的影響，輸出下降了v，影響到了放大器的性能。

右圖是帶差分的，溫度升高的時候，同樣U1會下降，但同時U2也下降了，假設(shè)U1受溫度影響下降了v1。

U2受溫度影響下降了v2，結(jié)果總的輸出為（U1-v1)-(U2-v2)。

如果可以保證兩個差分管的性能基本一致(配對的一個方面)，那v1和v2應(yīng)該相同，也就是v1=v2。

再看總的輸出（U1-v1)-(U2-v2)=U1-v1-U2 v2=U1-U2 v2-v1，因為v2=v1，所以輸出為U1-U2。

結(jié)果，由于受溫度影響而產(chǎn)生的電壓變化v1.v2被消除了。差分電路是具有這樣一種功能的電路。該電路的輸入端是兩個信號的輸入，這兩個信號的差值，為電路有效輸入信號，電路的輸出是對這兩個輸入信號之差的放大。設(shè)想這樣一種情景，如果存在干擾信號，會對兩個輸入信號產(chǎn)生相同的干擾，通過二者之差，干擾信號的有效輸入為零，這就達到了抗共模干擾的目的 。

為了說明差分放大電路抑制共模信號及放大差模信號的能力，常用共模抑制比作為一項技術(shù)指標(biāo)來衡量，其定義為放大器對差模信號的電壓放大倍數(shù)Aud與對共模信號的電壓放大倍數(shù)Auc之比，稱為共模抑制比，英文全稱是Common Mode Rejection Ratio，因此一般用簡寫CMRR來表示，符號為Kcmr，單位是分貝db。

◇ 電路對稱性——電路的對稱性決定了被放大后的信號殘存共模干擾的幅度，電路對稱性越差，其共模抑制比就越小，抑制共模信號（干擾）的能力也就越差。

◇ 電路本身的線性工作范圍——實際的電路其線性范圍不是無限大的，當(dāng)差模信號超出了電路線性范圍時，即使正常信號也不能被正常放大，更談不上共模抑制能力。實際電路的線性工作范圍都小于其工作電壓，這也就是為什么對共模抑制要求較高的設(shè)備前端電路也采用較高工作電壓的原因。

差動放大器的一項重要功能是抑制兩路輸入的共模信號。如下圖1所示，假設(shè)V2為5V，V1為3V，則4V為共模輸入。V2比共模電壓高1V，而V1低1V。二者之差為2V，因此R2/R1的“理想”增益施加于2V。如果電阻非理想，則共模電壓的一部分將被差動放大器放大，并作為V1和V2之間的有效電壓差出現(xiàn)VOUT，無法與真實信號相區(qū)別。差動放大器抑制這一部分電壓的能力稱為共模抑制（CMR）。該參數(shù)可以表示為比率的形式（CMRR），也可以轉(zhuǎn)換為分貝（dB） 。

功率放大器技術(shù)指標(biāo)：額定輸出電流： 3相5A 正弦波有效值 輸出電流：3相30A 正弦波有效值 增益特性（輸出電流與輸入信號關(guān)系）： 4A/V 電流放大器為直耦放大器，頻率范圍： DC-5KHz ±1dB 輸入端為高抗干擾差分電路，輸入阻抗>10kΩ 輸入信號與輸出電流的非線性誤差小于0.2%（0.2A-30A）， 電流放大器輸出電流與輸入信號的相位應(yīng)保持一致，50Hz輸入、輸出延時<20μS 電流放大器輸出電流總諧波畸變率小于0.2% 電流放大器階躍響應(yīng)小于20μS。

大規(guī)模MIMO天線技術(shù)作為5G無線通信的核心技術(shù)之一，其研究引起了極大的關(guān)注。為滿足通信系統(tǒng)集成化、高性能化和多功能化的要求，本項目結(jié)合差分饋電技術(shù)、天線小型化技術(shù)、有源集成和解耦技術(shù)，研究適用于5G無線通信的大規(guī)模MIMO集成天線，具有重要的工程意義和經(jīng)濟價值。差分電路廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)，為實現(xiàn)大規(guī)模MIMO集成天線，本課題引入了差分饋電技術(shù)。研究差分饋電寬帶天線的基本工作原理，總結(jié)基本設(shè)計方法，并提出系列差分饋電寬帶平面天線，包括差分饋電寬帶雙極化平面天線、改進型差分饋電寬帶雙極化平面天線，差分饋電寬帶圓極化平面天線、改進型的差分饋電寬帶圓極化平面天線和基于介質(zhì)基片集成波導(dǎo)的差分饋電雙極化雙頻/三頻天線。針對天線小型化，分別從降低天線高度和減小天線橫截面尺寸二個維度解決。提出了彎折線型人工磁導(dǎo)表面（AMC表面）和螺旋線型AMC表面，探討了AMC表面對不同極化的天線降低高度的作用，研究表明所提出的AMC表面可有效降低平面天線高度至少50%且與極化無關(guān)，并成功研制多個低剖面寬帶天線。另一方面，項目研究提出小型化寬帶雙極化天線，尺寸僅為0.464λ×0.464λ×0.35λ（λ是自由空間中2.2GHz頻點的波長），且其帶寬擴展至63.4%。在差分饋電大規(guī)模MIMO集成天線實現(xiàn)方便進行了一些探索研究，并針對密集排布的大規(guī)模MIMO天線的解耦問題，提出了“場對消法”，去互耦效果明顯，同時制作了天線模型進行了實測驗證。本項目研究探索了差分饋電大規(guī)模MIMO集成天線的基本理論與設(shè)計方法，對有源差分饋電集成天線設(shè)計提供參考，在天線單元小型化和大規(guī)模MIMO天線解耦方面取得技術(shù)進步。圍繞這些研究工作，本課題共發(fā)表SCI期刊論文11篇，6篇國際學(xué)術(shù)會議論文，授權(quán)專利10項，特別是在天線的頂級期刊IEEE Transactions on Antennas and Propagation上面發(fā)表論文3篇。本研究對天線領(lǐng)域的發(fā)展具有重要的科學(xué)意義，在移動通信領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

雙絞線是由一對相互絕緣的金屬導(dǎo)線絞合而成。采用這種方式，不僅可以抵御一部分來自外界的電磁波干擾，也可以降低多對絞線之間的相互干擾。把兩根絕緣的導(dǎo)線互相絞在一起，干擾信號作用在這兩根相互絞纏在一起的導(dǎo)線上是一致的（這個干擾信號叫做共模信號），在接收信號的差分電路中可以將共模信號消除，從而提取出有用信號（差模信號） 。

雙絞線的作用是使外部干擾在兩根導(dǎo)線上產(chǎn)生的噪聲（在專業(yè)領(lǐng)域里，把無用的信號叫做噪聲）相同，以便后續(xù)的差分電路提取出有用信號，差分電路是一個減法電路，兩個輸入端同相的信號（共模信號）相互抵消（m-n），反相的信號相當(dāng)于x-（-y），得到增強。理論上，在雙絞線及差分電路中m=n，x=y，相當(dāng)于干擾信號被完全消除，有用信號加倍，但在實際運行中是有一定差異的。

在一個電纜套管里的，不同線對具有不同的扭絞長度，一般地說，扭絞長度在38.1mm～140mm內(nèi)，按逆時針方向扭絞，相臨線對的扭絞長度在12.7mm以內(nèi)。雙絞線一個扭絞周期的長度，叫做節(jié)距，節(jié)距越小（扭線越密），抗干擾能力越強 。