在共模信号发挥重要作用的现实视频传输应用中，运算放大器的应用极其广泛。其中一个应用就是CAT-5电缆使用的差分视频发射机-接收机。在处理差分信号时，从非理想的共模信号（如噪声、嗡嗡声或直流偏移电压）中提取微弱的信号始终非常重要。即使运算放大器具有一定的共模抑制功能，但仍有某些共模(VCM)信号在单位增益时传输至输出端。因此，为VCM选择适当的电压是重要的设计考虑事项。有时候，为了防止放大器内部输入级饱和，设计人员可能忽略了限制共模电压与信号电压总和的要求，而这点在较低的电源电压应用中是不能忽略的。下面的设计理念说明在CAT-5电缆的单电源差分视频发射机-接收机应用中，如何提高共模抑制比。

示意图说明

这个设计包括差分发射机以及二级差分接收机。差分发射机具有内在的差分发射噪声抑制优势，同集成单级差分接收机相比，二级差分接收机可以提高共模抑制比，从而提高输出端的信噪比。可以利用美国国家半导体公司的LMH6643单电源电压反馈运算放大器来实现这个设计。如图1所示，发射机包括两个运算放大器U1和U2 (都是LMH6643)，它们在+8V单电源下工作。U1和U2分别在非反向配置和反向配置下工作，增益分别是+2和-2。U1和U2都具有相似的噪声增益，因此，可以提供匹配的输出带宽，这对保持平衡非常重要。输入信号是通过输入耦合电容器C1 和C2交流耦合到发射机输入端，U1和U2偏置为电源电压的一半(本例中为4V)。

C1和C2的选择上，要考虑到保证运算放大器U1和U2的截止频率较低，其截止频率分别是：fC1=1/(2*π*5kΩ*20μF)=1.59Hz，fC2=1/(2*π*1.5kΩ*47μF)=2.25Hz，这是为了允许更低的视频频率谐波通过。在U1和U2输出端的 50Ω串联电阻器提供与CAT-5传输线匹配的阻抗，传输线特征阻抗大约是100Ω。发射机输出终止于接收机前端的100Ω 电阻器(R11)，可以提供反向终端。

图1 单电源发射机-接收机示意图（略）

接收机由一对差分晶体管（Q1和Q2）、一对电流源晶体管（Q3和Q4）以及LMH6643差分放大器（U3）组成，电流源晶体管Q3和Q4从1.2V基准电压进行偏置，此基准电压由美国国家半导体的LM4041电压参考源提供。Q1和Q2的集电极输出被交流耦合到U3，接着，U3偏置为4V左右，它还为中间电源设置输出偏置电压。C 14 与C 15 电容值的选取需保证截止频率为21.2MHz(f= 1/(2*π*500Ω*15pF))，目的是降低输出频率响应的过分提升。然后，U3的输出最终被交流耦合至视频信号路径的后级，或者75Ω视频负载。

电路工作原理

在图1中，利用4V直流偏置电压对发射机的1VP-P输入信号进行偏置。接着，发射机对信号进行放大（增益为2V/V），并通过CAT-5双绞线进行传输。在接收机前端，2VP-P差分信号在Q1和Q2的基极出现，电流源晶体管(Q3与Q4)提供1mA发射极电流(V E =V B -V BE=1.2-0.7=0.5V?I E =V E /R E =0.5V/500Ω=1mA)。这些发射极电流在负载电阻（RL）产生电压，从而形成差分集电极电流，该电流在接收端（电压输出节点）为接收机设置的增益为+1.4V/V，参见图1。

为了确定发射机-接收机（Tx-Rx）的整个共模电压抑制比，必须测量U3输出端的共模增益。在图1所示的电路中，这是通过连接Q1与Q2的基极并利用发射机输入端的1V P-P 信号（包括4V直流偏置电压）对其进行驱动而实现的。
Tx-Rx的共模抑制比（CMRR）可以表示为：

CMRR = 20*Log10 (A DM /A CM )

其中，A DM = 差分增益，A CM = 共模增益
A DM 与A CM 是利用前面讨论的测试设置进行测量的。

类似地，图2给出在接收机中仅使用U3时测量共模增益与差分增益的测试设置。相应的，为了便于比较，我们在同等条件下对共模增益也进行了测量，参见图3。

图2 单电源Tx-U3共模抑制比测量图（略）

图3 共模抑制比与发射机-接收机（Tx-Rx）及TX-U3频率图对比（略）

性能测量结果

在图3中，利用LMH6643测量的结果表明：对于整个Tx-Rx电路，在1 MHz频率时，共模抑制比大约是78 dB；在较低频率(<10 KHz)，共模抑制比大于100 dB。当仅使用Tx-U3时，测量的共模抑制比大约是35dB，低于Tx-Rx在较低频率(≤100 KHz)时的共模抑制比。

图4给出Tx-Rx电路的输出频率响应，以及接收机仅用U3时的输出频率响应。整个Tx-Rx电路的-3dB带宽大约是27 MHz，比只用U3时的-3dB带宽要稍微宽一些。这非常符合大多数复合NTSC/PAL视频应用的要求。

图4 输出频率响应比较（略）

复合接收机的高阻抗输入提供与最终电源阻抗以及改进的共模抑制比(相对于使用单个差分放大器)相配的接口。接收机的高共模抑制比，使得长距离CAT-5双绞线高频噪声拾取结果最小化。采用正确的电路板布局技术，如使迹线宽度最小化，在提高共模抑制比等性能参数方面发挥着重要作用。对于Rf1、Rg1以及Rg2等，建议选择具有相当低的公差的元件。在图1中，采用公差为 1% 的电阻器。由于晶体管β值的差异 还可能影响整个共模抑制比，因此，建议使用匹配的成对晶体管。简言之，这个设计验证了利用在单电源应用中提高共模抑制比的技术，形成CAT-5电缆发射与接收差分信号的低成本、最小数量的元件方案，从而在单电源视频应用中提高共模抑制比。