差分信號的優點

目前，用來驅動ADC的方案有兩種，第一種是使用變壓器，第二種則是差分放大器。不過
，在介紹差分放大器之前
，讓我們先來了解一下什麼是差分信號。
 
簡單地講，差分信號就是兩個相關信號的差值，本文介紹的是電壓差分信號，它已經廣泛的用於音頻、數據傳輸和電話中。雖然比單端輸入信號係統要複雜
，但差分信號係統的優點是明顯的。第一，差分信號對外部電磁幹擾（EMI）是(shi)高(gao)度(du)免(mian)疫(yi)的(de)。一(yi)個(ge)幹(gan)擾(rao)源(yuan)對(dui)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)對(dui)的(de)每(mei)一(yi)端(duan)影(ying)響(xiang)都(dou)是(shi)相(xiang)同(tong)的(de)。因(yin)為(wei)由(you)電(dian)壓(ya)差(cha)來(lai)決(jue)定(ding)信(xin)號(hao)
，兩(liang)邊(bian)的(de)幹(gan)擾(rao)相(xiang)抵(di)
，信(xin)號(hao)便(bian)不(bu)會(hui)有(you)大(da)幅(fu)的(de)變(bian)化(hua)。第(di)二(er)，差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)有(you)利(li)於(yu)識(shi)別(bie)微(wei)小(xiao)信(xin)號(hao)。在(zai)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)係(xi)統(tong)中(zhong)，基(ji)準(zhun)點(dian)是(shi)由(you)使(shi)用(yong)者(zhe)來(lai)確(que)定(ding)的(de)，可(ke)以(yi)選(xuan)擇(ze)兩(liang)輸(shu)入(ru)端(duan)的(de)平(ping)均(jun)信(xin)號(hao)作(zuo)為(wei)基(ji)準(zhun)點(dian)，這(zhe)就(jiu)減(jian)小(xiao)了(le)信(xin)號(hao)的(de)擺(bai)動(dong)範(fan)圍(wei)。第(di)三(san)，單(dan)端(duan)輸(shu)入(ru)係(xi)統(tong)的(de)信(xin)號(hao)要(yao)依(yi)靠(kao)虛(xu)地(di)，而(er)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)就(jiu)不(bu)需(xu)要(yao)這(zhe)樣(yang)一(yi)個(ge)虛(xu)地(di)，增(zeng)加(jia)了(le)雙(shuang)極(ji)型(xing)信(xin)號(hao)的(de)保(bao)真(zhen)度(du)和(he)穩(wen)定(ding)性(xing)。第(di)四(si)
，差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)的(de)時(shi)序(xu)定(ding)位(wei)精(jing)確(que)。差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)受(shou)工(gong)藝(yi)和(he)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)的(de)影(ying)響(xiang)小(xiao)
，可(ke)降(jiang)低(di)時(shi)序(xu)上(shang)的(de)誤(wu)差(cha)。目(mu)前(qian)流(liu)行(xing)的(de)LVDS就是一種小振幅差分信號技術。
 
chafenfangdaqijiushijieshouheshuchuchafenxinhaodeqijian，tongyunsuanfangdaqiyiyang
，tanengjieshoushuangduanshuru，butongdeshitajuyoushuangshuchuduan
，erbuxiangyunsuanfangdaqizhiyoudanduankou。zaichafenfangdaqizhong，qishuchugongmodianya（VOCM）能獨立地被差分電壓控製。圖1是差分放大器的簡明原理圖。
新型的差分放大器

差分放大器有幾個優點。第一是抗噪聲能力，這一點在介紹差分信號時已經提及了。第二個優點是增加了差分輸出電壓擺動（見圖2）。這其中的道理也不複雜，輸出端的兩電壓為反相，其差值當然是單端輸出的2倍了。第三個優點是減少了偶數階的信號失真。為了解釋這個道理
，我們把輸出端電壓表示成輸入端的多階函數合。

Vout+=k1Vin+k2Vin2+k3Vin3+…,（1）
Vout-=k1(-Vin)+k2(-Vin)2+k3(-Vin)3+…（2）
Vod=Vout-Vout-=2k1Vin+2k3Vin3+…(3)
從式（3）中可以看出
，偶數階被消去了。

為了適應市場的發展，各家公司紛紛推出了各自的差分放大器產品
，像ADI公司的AD4937/4938

，TI公司的THS4520
，MAXIM公司的MAX4198/MAX4199以及Linear公司的LTC6400等。憑借著工藝的進步
，這些產品的技術參數都達到了很高的水平。以AD4937為例，其輸入電壓噪聲為2.2nV/√Hz；1.6GHz的-3dB帶寬，增益G=1；壓擺率為5000V/μS
；在125MHz時有0.1dB增益平坦度帶寬；能驅動從直流到100MHz的ADC。

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差分放大器勝出的原因

用變壓器和放大器來驅動ADC各ge有you勝sheng場chang。變bian壓ya器qi是shi無wu源yuan器qi件jian
，不bu會hui引yin入ru噪zao聲sheng


，而er且qie具ju有you電dian流liu隔ge離li能neng力li，但dan是shi受shou到dao的de限xian製zhi比bi放fang大da器qi要yao多duo。放fang大da器qi提ti供gong的de增zeng益yi大da
，在zai通tong帶dai上shang也ye能neng提ti供gong更geng平ping坦tan的de頻pin率lv響xiang應ying，不bu會hui產chan生sheng紋wen波bo。
 
選擇放大器而不選擇變壓器的最主要原因是為了得到更好的通帶平整度
，放大器在頻率範圍內隻會有±0.1dB的波動性。而變壓器的頻率響應變化不定，不適合有明確平整度要求的設計。
 
放大器的驅動能力也強與變壓器。變壓器不能用來驅動PC板上的長引線。它們應該被直接與ADC相連。如果係統要求“驅動器／耦合器”必須遠離ADC，或在另一塊板上，則強烈推薦使用放大器。
 
直(zhi)流(liu)耦(ou)合(he)也(ye)是(shi)使(shi)用(yong)放(fang)大(da)器(qi)的(de)原(yuan)因(yin)之(zhi)一(yi)，由(you)於(yu)變(bian)壓(ya)器(qi)本(ben)身(shen)是(shi)交(jiao)流(liu)耦(ou)合(he)的(de)。如(ru)果(guo)頻(pin)譜(pu)的(de)直(zhi)流(liu)成(cheng)分(fen)在(zai)應(ying)用(yong)中(zhong)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)，一(yi)些(xie)高(gao)頻(pin)放(fang)大(da)器(qi)能(neng)在(zai)一(yi)直(zhi)降(jiang)低(di)到(dao)直(zhi)流(liu)的(de)所(suo)有(you)頻(pin)率(lv)上(shang)進(jin)行(xing)耦(ou)合(he)。ADA4937就是這樣的典型，它也能提供動態隔離，是大約30～40dB的反向隔離，可抑製來自無緩衝ADC輸入端電流瞬態的反射尖峰脈衝。
 
放大器的輸入與輸出阻抗與其增益無關。以ADA4937為例，它帶來的源阻抗通常會低於5Ω。值得一提的是
，由於ADA4937能處理很大的輸出共模電壓範圍，因此其主要優勢是應用於ADC的直流耦合應用中。
 
總的來說，高速差分放大器讓包含高速ADC的信號鏈設計更加靈活，而且隨著工藝的進步，噪聲等不利因素也在逐步消減中。選擇差分放大器
，能更好地發揮ADC的潛能。