差分电路原理

一种单晶体管电流镜像与适当的负载相接合，其中结合了适当的开关集合，以实现比较器功能。具体地，差分电路包括单晶体管电流镜像，所述单晶体管电流镜像包括通过开关与晶体管相连的电容器以及通过各自独立的开关与电流镜像相连的两个电流源，与电容器开关一起操作电流源之一的开关，以便充电电容器，并且操作另一个电流源的开关，以便所述电路作为具有电流源负载的源极跟随放大器进行操作。因此，晶体管特性的空间分布不会影响比较器功能。

差分电路是具有这样一种功能的电路。该电路的输入端是两个信号的输入，这两个信号的差值，为电路有效输入信号，电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。设想这样一种情景，如果存在干扰信号，会对两个输入信号产生相同的干扰，通过二者之差，干扰信号的有效输入为零，这就达到了抗共模干扰的目的 。

1）三极管有一个温度特性，温度升高的时候，集电极电流会上升，反之下降。

2）如果两个三极管的特性十分接近(配对),，温度变化的时候，两个管子的集电极电流变化也会基本相同。

为了消除温度对电路的影响，可以设计一个特殊的电路来消除。下图中是没有差分的，温度升高的时候，电极电流将上升，流过集电极电阻的电流也升高。这样一来，集电极电阻两端的电压也会升高，Vcc不变，从而导致集电极电压下降，U1下降了。假设下降了v。

结果总的输出为U1-U2-v。U2是接地的等于零.，所以输出为U1-v。由于受温度升高的的影响，输出下降了v，影响到了放大器的性能。

右图是带差分的，温度升高的时候，同样U1会下降，但同时U2也下降了，假设U1受温度影响下降了v1。

U2受温度影响下降了v2，结果总的输出为（U1-v1)-(U2-v2)。

如果可以保证两个差分管的性能基本一致(配对的一个方面)，那v1和v2应该相同，也就是v1=v2。

再看总的输出（U1-v1)-(U2-v2)=U1-v1-U2 v2=U1-U2 v2-v1，因为v2=v1，所以输出为U1-U2。

结果，由于受温度影响而产生的电压变化v1.v2被消除了。差分电路是具有这样一种功能的电路。该电路的输入端是两个信号的输入，这两个信号的差值，为电路有效输入信号，电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。设想这样一种情景，如果存在干扰信号，会对两个输入信号产生相同的干扰，通过二者之差，干扰信号的有效输入为零，这就达到了抗共模干扰的目的 。

为了说明差分放大电路抑制共模信号及放大差模信号的能力，常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量，其定义为放大器对差模信号的电压放大倍数Aud与对共模信号的电压放大倍数Auc之比，称为共模抑制比，英文全称是Common Mode Rejection Ratio，因此一般用简写CMRR来表示，符号为Kcmr，单位是分贝db。

◇ 电路对称性——电路的对称性决定了被放大后的信号残存共模干扰的幅度，电路对称性越差，其共模抑制比就越小，抑制共模信号（干扰）的能力也就越差。

◇ 电路本身的线性工作范围——实际的电路其线性范围不是无限大的，当差模信号超出了电路线性范围时，即使正常信号也不能被正常放大，更谈不上共模抑制能力。实际电路的线性工作范围都小于其工作电压，这也就是为什么对共模抑制要求较高的设备前端电路也采用较高工作电压的原因。

差动放大器的一项重要功能是抑制两路输入的共模信号。如下图1所示，假设V2为5V，V1为3V，则4V为共模输入。V2比共模电压高1V，而V1低1V。二者之差为2V，因此R2/R1的“理想”增益施加于2V。如果电阻非理想，则共模电压的一部分将被差动放大器放大，并作为V1和V2之间的有效电压差出现VOUT，无法与真实信号相区别。差动放大器抑制这一部分电压的能力称为共模抑制（CMR）。该参数可以表示为比率的形式（CMRR），也可以转换为分贝（dB） 。

功率放大器技术指标：额定输出电流： 3相5A 正弦波有效值 输出电流：3相30A 正弦波有效值 增益特性（输出电流与输入信号关系）： 4A/V 电流放大器为直耦放大器，频率范围： DC-5KHz ±1dB 输入端为高抗干扰差分电路，输入阻抗>10kΩ 输入信号与输出电流的非线性误差小于0.2%（0.2A-30A）， 电流放大器输出电流与输入信号的相位应保持一致，50Hz输入、输出延时<20μS 电流放大器输出电流总谐波畸变率小于0.2% 电流放大器阶跃响应小于20μS。

大规模MIMO天线技术作为5G无线通信的核心技术之一，其研究引起了极大的关注。为满足通信系统集成化、高性能化和多功能化的要求，本项目结合差分馈电技术、天线小型化技术、有源集成和解耦技术，研究适用于5G无线通信的大规模MIMO集成天线，具有重要的工程意义和经济价值。差分电路广泛应用于通信系统，为实现大规模MIMO集成天线，本课题引入了差分馈电技术。研究差分馈电宽带天线的基本工作原理，总结基本设计方法，并提出系列差分馈电宽带平面天线，包括差分馈电宽带双极化平面天线、改进型差分馈电宽带双极化平面天线，差分馈电宽带圆极化平面天线、改进型的差分馈电宽带圆极化平面天线和基于介质基片集成波导的差分馈电双极化双频/三频天线。针对天线小型化，分别从降低天线高度和减小天线横截面尺寸二个维度解决。提出了弯折线型人工磁导表面（AMC表面）和螺旋线型AMC表面，探讨了AMC表面对不同极化的天线降低高度的作用，研究表明所提出的AMC表面可有效降低平面天线高度至少50%且与极化无关，并成功研制多个低剖面宽带天线。另一方面，项目研究提出小型化宽带双极化天线，尺寸仅为0.464λ×0.464λ×0.35λ（λ是自由空间中2.2GHz频点的波长），且其带宽扩展至63.4%。在差分馈电大规模MIMO集成天线实现方便进行了一些探索研究，并针对密集排布的大规模MIMO天线的解耦问题，提出了“场对消法”，去互耦效果明显，同时制作了天线模型进行了实测验证。本项目研究探索了差分馈电大规模MIMO集成天线的基本理论与设计方法，对有源差分馈电集成天线设计提供参考，在天线单元小型化和大规模MIMO天线解耦方面取得技术进步。围绕这些研究工作，本课题共发表SCI期刊论文11篇，6篇国际学术会议论文，授权专利10项，特别是在天线的顶级期刊IEEE Transactions on Antennas and Propagation上面发表论文3篇。本研究对天线领域的发展具有重要的科学意义，在移动通信领域具有广泛的应用前景。

双绞线是由一对相互绝缘的金属导线绞合而成。采用这种方式，不仅可以抵御一部分来自外界的电磁波干扰，也可以降低多对绞线之间的相互干扰。把两根绝缘的导线互相绞在一起，干扰信号作用在这两根相互绞缠在一起的导线上是一致的（这个干扰信号叫做共模信号），在接收信号的差分电路中可以将共模信号消除，从而提取出有用信号（差模信号） 。

双绞线的作用是使外部干扰在两根导线上产生的噪声（在专业领域里，把无用的信号叫做噪声）相同，以便后续的差分电路提取出有用信号，差分电路是一个减法电路，两个输入端同相的信号（共模信号）相互抵消（m-n），反相的信号相当于x-（-y），得到增强。理论上，在双绞线及差分电路中m=n，x=y，相当于干扰信号被完全消除，有用信号加倍，但在实际运行中是有一定差异的。

在一个电缆套管里的，不同线对具有不同的扭绞长度，一般地说，扭绞长度在38.1mm～140mm内，按逆时针方向扭绞，相临线对的扭绞长度在12.7mm以内。双绞线一个扭绞周期的长度，叫做节距，节距越小（扭线越密），抗干扰能力越强 。