差分信号

当想放大一个有用信号时，信号中往往除了有用信号外，还包括噪声。

比如说，如下图所示的电路，信号不止来自于有用信号，电源所带来的纹波也会被引入信号通路中。

这些噪声，是不需要的。在实际操作中，需要将其滤除。

可以通过滤波，或者硬件实现，或者算法实现。

另外一种方法，就是通过使用差分信号。如下图所示。

Vout=Vx-Vy，假设点X和点Y处对应的纹波大小相等，相位相反，则纹波由于相减操作而相互抵消。

差分信号具有两根信号线，两根信号线上的信号具有两个特性：

(1) 两个信号幅度相等，相位相差180度；

(2) 两个信号具有相同的直流电压VCM，被称为"common-mode(CM) level"。

如下图所示，左边的即是差分信号；但是右边的则不是，因为没有相同的VCM。

但是，不知道你们有没有过这样的困惑，那就是为啥右边的图，不能称之为差分信号呢？

明明努努力，稍微变换一下，也能满足上面的两个特性呀。

比如说：

V1=2V+sinwt

V2=0V-sinwt

那变一下形式：

V1=1V+(1V+sinwt)

V2=1V-(1V+sinwt)

你看，直流电平相等，满足了；信号幅度相等，相位相差180度，也满足了。

那为啥不能称之为差分信号呢？

以前我有这个困惑，不过现在没有了。

虽然可以人为的做个变换，将V1的2V的直流电平，看成是1V的直流电平，把另外1V当成信号来处理；但是，具体实现的电路并不会这样，2V的直流电平，那就是2V。而V2，0V的直流电平，那就是0V。

什么意思呢？

慢慢往下看。

假设两个差分信号为：

则其peak amplitude和peak-to-peak amplitude如下表所示：

差分信号的产生，可以有多种方法，其中一种，就是采用变压器。

但是，差分电路也不是对所有噪声都有效，如果噪声在变换为差分信号之前就存在了，比如上图中的1处引入了噪声，则差分电路对这噪声也无能为力，变换成的差分信号上仍然存在噪声；只有当噪声是在差分端引入，如2和3处，差分电路才能起到作用。

在芯片中，接收和产生差分信号的电路，称之为"差分对"，如下图所示。

前面讲的那个困惑，就解疑于此。

假设Vin1的直流电压为2V，Vin2的直流电压为0V，那么M1处于开启状态，而M2处于关断状态。

这样，如果Vin1和Vin2同时引入噪声，但是由于两个管子的工作状态不一致，所以把VX和VY相减，也无法将噪声抵消。所以，为了保证电路能够通过相减操作，抑制噪声，还是需要提供相同的直流电平，保证管子M1和M2处于相同的工作状态。