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技术专题
电子电路设计中的CMOS差分放大器
回顾一下电子电路设计生涯，COM差分放大器用了不知凡几。如果您使用SoC进行电子电路设计，则可能需要构建自己的差分放大器电路。这些差分放大器将集成到SoC中，只要您正确布置SoC，就可以放心信号不会失真。否则，您将需要布置多个分立组件并正确布线。这是有助于理解CMOS差分放大器和单端放大器之间差异的地方。
单端与差分放大器
顾名思义，这些不同类型的放大器使用单端或差分信号。在PCB层，您在单端放大器上接地的任何连接都应参考同一接地层。发送到放大器输入的信号应参考与放大器相关连接相同的接地层。这类似于在标准逻辑门IC或类似组件中执行的操作。
对于差分放大器，输入通常是模拟差分信号，这意味着在每个输入端看到的电压具有相同的峰峰值电压和相反的极性。但是，差分数字信号也可以与差分放大器一起使用。放大器看到的电压定义为反相输入和同相输入之间的差。很好地提供了共模噪声抑制。
请注意，通过将输入之一连接到所需电势（通常是接地），可以将差分放大器与单端信号一起使用。在这种情况下，您发送到放大器输入的输入单端信号将参考接地输入。运算放大器实际上是差分放大器，通常以此处描述的方式作为等效的单个放大器运行。为了提供放大作用，在输出和输入之一之间构建了一个反馈环路。放大的确切级别和输出的极性将取决于使用放大器上的哪些输入以及反馈回路中出现的分量值。
请注意在电子电路设计时，差分放大器可以具有差分输出（称为全差分放大器），也可以通过将端子之一接地将其转换为单端输出。在全差分放大器中，差分输出可用于多级差分放大器（即级联放大器）。注意，可以独立于差分电压输出来控制某些CMOS差分放大器的共模电压输出。在多级放大器中，上游级的共模输出应设为零，以防止下游放大器进入饱和状态。
CMOS差分放大器中的耦合
电子电路设计中，如果要使用分立元件构建多级CMOS差分放大器，则需要确定在放大器级之间使用的耦合方法。在确定多级放大器的正确耦合方法时，您需要考虑放大器的带宽。例如，通常在放大器级之间使用RC耦合作为高通滤波器，从而有效地阻止上游放大器输出上的任何DC偏置。LC耦合对于无线电信号也很有用，尽管要小心放置在放大器级之间的LC滤波器的带宽。
无论使用哪种耦合方法，在使用高速或高频电子电路设计时都需要确保阻抗匹配。在高功率和高频率下工作时（例如，在微波或毫米波信号链的Tx端），您很可能需要阻抗匹配每个放大器级，长度匹配您的走线。负载拉力分析是确定阻抗匹配的理想工具，谐波平衡分析对于检查失真非常有用。使用调频信号时，您需要使用谐波平衡分析来确定单端或差分放大器电路中的三阶互调产物（3OIP）。
如果您使用的是采用CMOS工艺制造的模拟IC，则它可能会包括CMOS差分放大器级。一个很好的例子是集成收发器单元。该单元的数据输入端可能使用差分信号接收数据，该数据将输入到CMOS差分放大器。在Rx和Tx端，您会发现一个单端放大器，它们分别在接近饱和和线性状态下运行。
如果您使用CMOS放大器进行波形处理（即，通过利用高输入的饱和度将模拟信号转换为方波），则需要确保输出不会交叉回到模拟部分董事会。当放大器在饱和下运行时，这种类型的波动会利用谐波产生，这会迫使周期性的输入模拟信号使输入饱和并形成方波。如果放大器的方波输出交叉回到上游模拟部分，则高次谐波含量会干扰板上的其他敏感模拟信号。
CMOS差分放大器（和其他放大器）的优点在于，输入具有高共模抑制比（CMRR）。一个体面的放大器将具有很容易超过60 dB的CMRR。不同模拟部分之间或模拟与新方波之间的干扰将显示为系统中其他位置的共模噪声。使用单端放大器，您将获得噪声反馈效果，从而提高放大器输出的本底噪声。差分放大器会自然地滤除这种共模噪声，并且您不会在系统的不同部分之间反复放大噪声。
当您需要在电路中包括CMOS差分放大器并检查其行为时，就需要电子电路设计和分析软件，其中包括一整套布局和仿真。上海韬放电子提供专业的电子电路设计服务，如果您有这方面的需求，请联系我们。