Принципиальные преимущества полностью дифференциальных схем

(1) Подавление синфазных помех, поскольку при полностью симметричной внутренней архитектуре (структуре) схемы они воздействуют на оба выхода одинаковым образом. Помехи могут быть различного происхождения:

– от размыкания входного ключа в ПК интеграторе;

– от помех со стороны подложки, происходящих от других схем,

расположенных на общей подложке;

– от помех в цепях питания.

(2) Удвоение амплитуд сигналов на входе и выходе полностью дифференциальной схемы. Если на обоих терминалах (симметричных выводах входа или выхода) присутствуют некоррелированные шумы, то в полностью дифференциальном случае складываются мощности шумов т.е. квадраты их среднеквадратичных напряжений или токов. Среднеквадратичное же дифференциальное значение шума увеличивается в раз. В полностью дифференциальной схеме отношение выходного сигнала к выходному шуму увеличивается в раз (на 3 дБ), что следует из увеличения дифференциальной амплитуды в два раза, а дифференциального среднеквадратичного шума – в раз.

(3) При наличии нелинейных элементов в схеме, но при полностью симметричной внутренней ее архитектуре (структуре) – подавление четных гармоник в выходном сигнале. В качестве примера рассмотрим сигналы на обоих входах и выходах полностью дифференциальной (по умолчанию – симметричной), но нелинейной схемы.

На неинвертирующем входе сигнал можно представить в виде:

(6.1а)

На инвертирующем входе сигнал представляется в виде:

(6.1b)

Здесь и – синфазная и дифференциальная составляющие входного сигнала соответственно.

Поскольку система нелинейна, в выражении для выходного сигнала входной сигнал входит не просто в виде множителя в первой степени, как для линейной системы, а в виде степенного ряда Тейлора.

На неинвертирующем выходе сигнал можно представить в виде

(далее ); – синфазное выходное напряжение):

(6.2а)

На инвертирующем выходе сигнал представляется в виде:

(6.2b)

Дифференциальный выходной сигнал равен разности и :

(6.3)

Как видно из (6.3), для полностью дифференциальной (по умолчанию – полностью симметричной) системы в выходном дифференциальном сигнале отсутствуют четные гармоники, из-за чего значительно (как правило – в разы) уменьшаются нелинейные искажения в выходном сигнале.

(4) Практически в 2 (два) раза уменьшается количество неосновных полюсов на пути малого дифференциального сигнала в ОИТУН. Как отмечалось в главе 4 (см. рис. 3.30), общий исток (узел В) входных транзисторов дифкаскада в случае одновременно (А) квадратичных характеристик транзисторов в пологой области и (В) симметричного входного сигнала, не выводящего входные транзисторы из активного режима, достаточно слабо изменяет свой потенциал, во всяком случае – в гораздо меньшей степени, чем для НЕсимметричного входного сигнала. В случае же малоговходного дифференциального сигнала, а именно, (что типично для завершающих стадий переходных процессов в схемах с отрицательной обратной связью) потенциал узла В можно считать практически постоянным. Покажем это.