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全差分CMOS运算放大器的设计
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你可能喜欢射频收发器接收端口差分匹配电路的计算
作者：不详
来源：RFID世界网收录
摘要：根据实例介绍GSM手机中射频收发器接收端的低噪声放大器（LNA）到表面声波滤波器（SAW Filter）之间的差分匹配电路的计算方法。
关键词：[1247篇]&&[0篇]&&[85篇]&&[2篇]&&
　　0&引言
接收灵敏度是GSM手机射频性能的重要指标，匹配电路的调整是优化接收灵敏度的主要方法。常见的GSM手机射频接收电路如图1所示，需要调整的匹配电路主要有两部份，&一部份是单端匹配电路，&是调整SAWFilter单端输入端口至天线端口路径的阻抗到50欧姆；另一部份是差分匹配电路，是调整差分路径的阻抗满足SAW&Filter负载阻抗的要求。一般大家都比较熟悉单端匹配电路的调试方法，本文介绍的是如何根据SAWFilter和RF&Transceiver规格书的要求来计算差分匹配电路的值。
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图1&GSM接收电路框图
1&差分匹配电路的计算方法
本文以MTK的GSM&Transceiver&AD6548和Murata的SAW&Filter&SAFEK881MFL0T00R00为例，按照六个步骤，通过图解和计算公式详细介绍差分匹配电路的计算方法。
1.1&根据RF&Transceiver的规格书计算单端LNA输入阻抗
根据AD6548的规格书，接收端LNA输入阻抗如表1所示：
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以GSM850频段为例，输入阻抗85-J110的电路模型是一个电阻串联一个电抗原件，+J表示感性原件，-J表示容性原件。这里是一个85&Ohms的电阻串联一个110&Ohms的容性原件。我们可以按照如图2所示的步骤把串联电路转换成单端等效电路：
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图2&串联电路转换成单端等效电路
图中R=85&Ohms,Z1=-110&Ohms.
我们能计算出：R/2=42.5&Ohms,Z1/2=-55&Ohms.
1.2&根据SAW&Filter的规格书计算出期望的单端负载阻抗
一般SAW&Filter的规格书会指明它所期望的负载阻抗，以Murata的SAW&Filter&SAFEK881MFL0T00R00为例，要求负载阻抗是150&Ohms//82nH,电路模型为150&Ohms的电阻并联82nH的电感。我们可以按照如图3所示的步骤把并联电路转换成单端等效电路：
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图3&并联电路转换成单端等效电路
图中Xp=2πfL（Xp是一个电感）
Xp=1/2πfC（Xp是一个电容）。
为了计算出X,我们需要选择一个频率点，这里我们选择GSM850接收频段的中心频点881MHz,我们可以计算出：
X/2=2π×881×106×82×10-9/2=227&O
R/2=150/2=75&Ohms.
1.3&计算出单端阻抗和导纳
根据1.1和1.2的结果，可以得到：
单端LNA输入阻抗Z=42.5-J55&（串联电路一般用阻抗表示）。
期望单端负载导纳Y=1/75-J（1/227）=0.013-J0.0044&Seimens（并联电路一般用导纳表示）。
1.4&设置Smith-Chart工具
我们的目的是把单端LNA输入阻抗（Z=42.5-J55&0hms&）通过匹配网络使其导纳等于期望单端负载的导纳（Y=0.013-J0.0044&Seimens），在Smith-chart工具上我们能很容易找到这两个点。
我们可以通过Smith-chart工具很容易得到匹配值。打开Smith-Chart工具，我们需要设置以下参数：
1）设置参考阻抗为500hms&;2）设置频率为881MHZ;3）设置初始阻抗值为Z=42.5-J550hms&.
1.5&利用Smith-Chart工具得到单端匹配值
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图4&Smith-Chart工具界面
如图4,在Smith-Chart工具界面上的点1就是我们初始阻抗Z的位置，我们需要把它匹配到Y=0.013-J0.0044的位置。我们先可以串联一个电感把实部定位到Y=0.013的导纳圆上，然后我们在并联一个电感把虚部定位到Y=-J0.0044的位置上。这样我们就找到的目标点3.我们能在工具界面中看到串联电感值Ls=3nH,并联电感值Lp=11.2nH,由于实际应用中没有11.2nH这个电感值，我们取Lp=11nH,这样我们就得到了单端匹配电路的值，等效电路如图5所示。
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图5&单端匹配电路
1.6&计算差分匹配电路值
在1.5中我们得到了单端匹配电路的值，我们实际需要的是差分匹配电路的值，因此我们还需要把单端匹配网络转换成差分匹配网络，转换步骤如下图6所示：
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图6&单端网络转换到差分网络
其中：Zd1=Zs1;Zd2=2×Zs2,如果Z是电感；Zd2=1/2×Zs2,如果Z是电容。
最后我们能得到差分匹配电路的值：
串联电感值为L1=L2=3nH;并联电感值为L3=22nH.
如图7所示：
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图7&差分匹配电路
当然这只是理论计算值，实际的值我们还需要根据仪器的测试结果来调试，本文就不介绍具体调试方法了。
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（3）采用一般多级或差分放大电路的分析方法计算放大电路的指标。
非有源负载放大电路的放大倍数与动态范围是一对矛盾。图1是一般单管放大电路，静态工作点为：
1．静态偏置分析
2．动态（交流）分析
图2(b)的交流通路如图3(a)，微变等效电路如图3(b)，其中
（1）放大倍数计算
由图3(b)可得，
&&&&&&&&&&&&&&&&
（2）输入电阻计算
[例2] 图5(a)是uA741运放电路输入差分级放大电路的简化电路图，试画出其电路模型。
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请教，做麦克风放大，想用差分电路，三极管配对方面，是怎么进行呢？采购现成的，还是采用复合晶
差分电路，三极管需要配对，以获得优秀的共模抑制比，但是三极管怎么配对呢？是买过来的一批货，就可以看作已经配对了，还是采购别人配对好的货，或者买ROHM的比如IMT1A这样把两片三极管邦定在一枚芯片上的呢？
& &还有一个问题，有做过麦克风放大的兄弟吗？前置第一级放大，用集成IC的方案好，比如INA217，还是三极管分立元件方案的性能好呢？
麦克风放大用358或者082就可以了，三极管简单配对一下HFE也凑合，用得着仪放这么夸张么？钱多没地方花？
音频孪生对管也不便宜的，几十块钱一个，IMT1A这种并不是差分输入用的孪生对管。
MIC前置放大 集成方案好& &免调试&&效果也好的多&&体积小&&
推荐你用&&MAX9814 价格可能稍微贵一些&&但效果没得说&&电路也简单
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回复【1楼】gzhuli&&咕唧霖
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可能我没讲清楚；
358是单输入的麦克风放大吧，那种手机上小麦克那种的；
我们的是用于视频会议的平衡式麦克风，XLR平衡差分输出的，线离话筒放大器比较长的，用差分电路来抑制共模噪声；
“音频孪生对管也不便宜的，几十块钱一个”是指MAT-02那种吗？也不用那么夸张的；我看有人做2SA970/2SC2440的配对元件销售，4块钱一对；http://www.hifi-zone.net/forum.php?mod=viewthread&tid=6965&extra=page%3D1；怎么看上去像广告了。。。。
“IMT1A这种并不是差分输入用的孪生对管”
我看ROHM这个器件是把两个分立三极管mount到一起了，这样是不是就可以取得更好的vbe,hfe，热稳定性等参数的匹配？所以在用到差分电路里就可以有更好的共模抑制比；你说的我不太懂“差分输入的管子”不就是同极性，同型号的？
回复【2楼】wear778899&&兔子
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MAX9814我也用过，也是单端输入的，我曾经把差分的麦克信号变成单端输进去，就第一次信号好，声音也纯净，后来就受到RF干扰了。。。
以前没弄过“三极管配对”这块，也没这方面经验，还希望各位大侠使劲拍砖～
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回复【3楼】SailJune&&
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三个运放就可以搭个仪放。
运放的差分输入就是吧要配对的管子挨着放来得到匹配参数管子的。
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358也可以接成差分的。
孪生管是同一个晶片上的，所以参数很接近，IMT1A这个明确说了是两个隔离的晶片，这种封在一起的管子只是为了减少PCB面积，不匹配的。MAT-02也不便宜的，市面上大多是拆机翻新货，analog的全新金封对管卖10块钱一个你信？
我觉得用三极管不如运放啊，
运放本身就是差动输入了，晶体管特性也一致，价格便宜，电路简单，
用三极管还要设计工作点，调节不好，反而容易出问题。
要求高的话，最多采用好一点的低噪声运放吧。
谢谢各位。
回复【4楼】ssaweee&&
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回复【6楼】yuanbangyin&&袁邦银
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用运放的话，Vos一般都比较大，麦克出来的声音信号是毫伏级别的；用三极管会效果更好些，不过确实调试更费劲；或者选专门的集成IC来做。
可能是为了省钱或者出于性能上的考虑，我这里有两个参考产品，一个是简单的JRC4558直接差分再反向放大;还有一个是前级分立放大方案，后级一大堆电路，三极管+FET+OP没看懂；后面那个效果更好；都没见到集成IC的方案；
回复【5楼】gzhuli&&咕唧霖
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确实IMT1A手册上讲了两片“独立”的三极管被mount在同一片基板上；但是这种应该回比市面上的（同一批次）分立三极管匹配度更好吧？分立参数的离散性和生产批次会有关系吧。
孪生晶体管，像LM393那种？
Vos和mic输出电平没关系，你又不是放大直流信号。
IMT1A这种是不保证离散性的，而且也不是低噪声管。
LM393是比较器，LM394才是孪生管。MAT02也是孪生管，2SA81也是。
回复【8楼】gzhuli&&咕唧霖
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Vos如果和麦克风平衡输出的幅度类似，那就可能淹没了有用的信号了；
在东芝网站也搜索不到2SA1329或者2SC3381了，停产了应该；
看了数据手册，只要是孪生晶体管的都会用到“monolithic”这个词；
在东芝网站上看不到孪生的管子了，有的双晶体管也是和IMT1A类似的，HN3A51F，低噪声的，不过可能匹配度不如孪生的管子；
IMT1A内部是2SA1037，只看到ROHM介绍说可以用作Pre-Amp，感觉可以用作预放的都是低噪的器件，不过确实手册里没有提到噪声方面的指标；但是国产的一家厂家，做的2SA1037，倒提了它是低噪声的，但是没给出噪声系数的曲线图。
回复【7楼】SailJune&&
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专门用于mic的芯片很多啊，非要三极管最好？配对都那么难。
回复【10楼】ssaweee&&
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其实我是看了一个老外的电路，才决定这么做的，而且那个效果好的产品的前级也是这么做的。
(原文件名:p66ra-f1.gif)
他在网站上说这个效果“准专业级”，只是提到了电阻要配对，我忽然感觉，是不是三极管不配对，只会影响增益。
回复【11楼】SailJune&&
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你用运放的话加两个隔直电容vos不就没有了？
回复【11楼】SailJune&&
回复【10楼】ssaweee&&
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他在网站上说这个效果“准专业级”，只是提到了电阻要配对，我忽然感觉，是不是三极管不配对，只会影响增益。
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专业级是TL072+NJM4558.........
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