差分对（differential pair）

差分对就是两只精心匹配的晶体管，它们的源极接在一起、共用一个尾电流源；这一对管子合起来只回答一个问题：你的两个输入中哪一个更高，高出多少？你可以把它想象成一个跷跷板，支点处有一股恒定的水流注入。水的总量是固定的，所以当一个输入升高、把跷跷板压偏时，电流就会从一只晶体管转移到另一只——但两者之和永远不变。输出读取的是两边的不平衡量，这意味着这一对管子放大的是两个输入的差值，而对它们共有的那部分电压则悄悄忽略。把两个输入抬高同样的幅度，跷跷板保持水平，输出端什么也不会发生。这正是它的全部要义：它只听差值，对共有的部分则充耳不闻。

这种“充耳不闻”有个名字——共模抑制（common-mode rejection）——这也是差分对几乎成为每一个op-amp输入前端的原因。现实世界的信号往往骑在共有的杂物之上：电源纹波哼声、地弹、拾取到的干扰。因为这些噪声对两个输入是共有的，所以这一对管子会把它们抑制掉，同时忠实地放大那个我们想要的微小差值。我们用CMRR来给它打分，也就是差模增益与共模增益之比（越大越好，常以dB表示）；尾电流源越理想，CMRR就越好，因为一个“硬”的尾电流能稳稳地把电流之和保持恒定，不让共模的变化漏过去。

增益本身来自每只晶体管的跨导gm——它衡量栅极电压驱动电流的强弱——再作用到输出端的电阻上，所以小信号增益大约就是gm乘以那个负载电阻，道理和共源级一样，只不过这里是由输入差值来驱动的。对于工作在饱和区的MOSFET，gm = 2*Id/Vov，所以你选定的尾电流以及把管子偏置得多“硬”，同时决定了增益和速度。给这个前端配上一个电流镜负载，把两边的摆动汇成一路干净的输出，你就得到了经典两级op-amp的第一级。