信号的正交分解和差分传输

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I/Q 信号
 
I/Q 信号是调制输入端为了提高频带利用率而设计的相位正交得两路信号。
 
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在信号分析中,我们常把信号进行矢量分解,也就是将信号分解为频率相同、峰值幅度相同但相位相差90 的两个分量。用矢量表述信号,可以完整地描述信号的幅度、频率和相位。矢量作为一个图解工具,矢量是一个直角坐标系中的旋转的箭头。箭头的长度代表信号的峰值幅度。逆时针旋转方向为正方向。箭头与横轴正半轴的夹角为相位。信号周期对应于箭头旋转一周的时间。信号每秒钟完成旋转的次数对应于信号频率。信号矢量在纵轴上的投影长度等于信号的峰值幅度乘以相位正弦值,因此,如果信号是一个正弦波,该投影就对应于信号的瞬时幅度。通常采用一个正弦信号(Asinwt)和一个余弦信号(Acoswt)描述这两个分量,其中余弦分量被称为同相分量,即I 分量;正弦分量被称为正交分量,即Q 分量。
 
对信号通常用复数表示,这样它可以分解为实部与虚部。 x(t)= a(t)+jb(t), 即为I,Q 信号。
 
I/Q 是信号分解,I 或Q 不能单独代表信号全部信息 带一半信号。
I/Q 主要用于无线通信的I/Q 调制电路,即所谓的"万能调制器",可以实现多种调制.当然差分信号也可以用在调制上,例如BPSK 调制.另外所谓的基带数字信号与基带模拟信号是有区别的,DA 之前是基带数字信号,DA 之后是基带模拟信号.
 
例子: QPSK
设输入的二进制数字信息序列为1001001110...,则将它们分为10,01,00,1 1,10,...即经过串并转换后得到I 路信号:10011...,Q 路信号01010...然后I 路与coswt 相乘,Q 路与sinwt 相乘,最后相加得到QPSK 信号。
 
一般IQ 线都会走差分对形式. 下图为某电路中采用的形式。
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差分信号
 
差分信号是指在放大器输入端为了避免共模干扰而设计的相位相反的两路信号。
差分信号是信号形式,一路信号含有全部信息;
 
差分可以数字,也可以模拟
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差分信号用于PCB 板内信号的传输,差分信号要求幅度相等而相位相反,主要是为了消除共模干扰,差分信号一般是基带模拟信号,也可以是基带的数字信号,如高速数字信号.要求传输差分信号的两根线藕合得很紧,以得到良好的EMI 性能及抗干扰能力,另外差分信号还可以达到精确的时序定位.
 
差分信号好处:
第一个是,因为你在控制'基准'电压,所以能够很容易地识别小信号。
在一个地做基准,单端信号方案的系统里,测量信号的精确值依赖系统内'地'的一致性。信号源和信号接收器距离越远,他们局部地的电压值之间有差异的可能性就越大。从差分信号恢复的信号值在很大程度上与'地'的精确值无关,而在某一范围内。
 
第二个是,它对外部电磁干扰(EMI)是高度免疫的。
一个干扰源几乎相同程度地影响差分信号对的每一端。既然电压差异决定信号值,这样将忽视在两个导体上出现的任何同样干扰。除了对干扰不大灵敏外,差分信号比单端信号生成的 EMI 还要少。
 
第三个是,在一个单电源系统,能够从容精确地处理'双极'信号。
为了处理单端,单电源系统的双极信号,我们必须在地和电源干线之间某任意电压处(通常是中点)建立一个虚地。用高于虚地的电压来表示正极信号,低于虚地的电压来表示负极信号。接下来,必须把虚地正确地分布到整个系统里。
而对于差分信号,不需要这样一个虚地,这就使我们处理和传播双极信号有一个高真度,而无须依赖虚地的稳定性。
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