差分信號與單端信號的區別

單端信號指的是用一個(gè)線(xiàn)傳輸的信號，一根線(xiàn)沒(méi)參考點(diǎn)怎么會(huì )有信號呢？參考點(diǎn)就是地啊。也就是說(shuō)，單端信號是在一跟導線(xiàn)上傳輸的與地之間的電平差。那么當你把信號從 A 點(diǎn)傳遞到 B 點(diǎn)的時(shí)候，有一個(gè)前提就是 A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)的地電勢應該差不多是一樣的。

 

 

 

差分信號指的是用兩根線(xiàn)傳輸的信號，傳輸的是兩根信號之間的電平差。當你把信號從 A 點(diǎn)傳遞到 B 點(diǎn)的時(shí)候，A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)的地電勢可以一樣也可以不一樣，但是 A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)的地電勢差有一個(gè)范圍，超過(guò)這個(gè)范圍就會(huì )出問(wèn)題了。

 

 

 

一個(gè)差分信號是用一個(gè)數值來(lái)表示兩個(gè)物理量之間的差異。從嚴格意義上來(lái)講，所有電壓信號都是差分的，因為一個(gè)電壓只能是相對于另一個(gè)電壓而言的。在某些系統里，系統地被用作電壓基準點(diǎn)。當地當作電壓測量基準時(shí)，這種信號規劃被稱(chēng)之為單端的。我們使用該術(shù)語(yǔ)是因為信號是用單個(gè)導體上的電壓來(lái)表示的。

 

另一方面，一個(gè)差分信號作用在兩個(gè)導體上。信號值是兩個(gè)導體間的電壓差。盡管不是非常必要，這兩個(gè)電壓的平均值還是會(huì )經(jīng)常保持一致。我們用一個(gè)方法對差分信號做一下比喻，差分信號就好比是蹺蹺板上的兩個(gè)人，當一個(gè)人被蹺上去的時(shí)候，另一個(gè)人被蹺下來(lái)了 - 但是他們的平均位置是不變的。繼續蹺蹺板的類(lèi)推，正值可以表示左邊的人比右邊的人高，而負值表示右邊的人比左邊的人高。0 表示兩個(gè)人都是同一水平。這兩個(gè)蹺蹺板用一對標識為 V+和 V- 的導線(xiàn)來(lái)表示。當 V+>V- 時(shí)，信號定義成正極信號，當 V+

 

 

 

 

 

 

差分信號的優(yōu)點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)一，相對于單端信號，差分信號減小了潛在的電磁干擾（EMI）。使用差分方式傳輸，信號的電壓峰峰值會(huì )被放大了一倍，但是單根線(xiàn)上的電流卻保持不變。如果采用傳統的單線(xiàn)傳輸方式，在驅動(dòng)相同的信號時(shí)，更容易造成 EMI 問(wèn)題。

 

優(yōu)點(diǎn)二，差分信號的值很大程度上與“地”的精確值無(wú)關(guān)，能很好的抵抗電源的干擾。在一個(gè)地做基準，單端信號方案的系統里，測量信號的精確值依賴(lài)系統內地的一致性。信號源和信號接收器距離越遠，他們局部地的電壓值之間有差異的可能性就越大。從差分信號恢復的信號值在很大程度上與地的精確值無(wú)關(guān)，而在某一范圍內。假如兩條信號都收到同樣的（同向、等幅度）的干擾信號，由于接收端是對接收的兩條線(xiàn)信號進(jìn)行減法處理，因此干擾信號會(huì )被基本抵消。也就是說(shuō)，一個(gè)差分放大器的輸入有效信號幅度只需要幾毫伏，但是它卻能夠對一個(gè)高達幾伏特的共模信號無(wú)動(dòng)于衷。

 

優(yōu)點(diǎn)三，差分對內每根信號都有自己的返回路徑，能夠減輕信號跨分割帶來(lái)的影響。單線(xiàn)跨分割對傳輸線(xiàn)的影響很大，差分線(xiàn)對跨分割就不是那么敏感，主要原因就是，差分對兩線(xiàn)可以互為參考，兩根線(xiàn)可以相互作為返回路徑。

 

差分信號在做 pcb 設計時(shí)的處理方法

一般我們在做 PCB 設計時(shí)，習慣的硬件命名上，會(huì )在差分信號的信號名尾部加“+”和“-”或者“P”和“N”作為標識，大家可以通過(guò)命名來(lái)識別差分信號。常規的差分信號處理方法是：

 

1、 差分信號走線(xiàn)要耦合處理，就是 2 根信號線(xiàn)在 PCB 設計時(shí)是緊挨著(zhù)的，不允許分開(kāi)走線(xiàn)，如下圖示。

 

 

 

2、一對差分信號的 2 根信號線(xiàn)之間需要做等長(cháng)處理，等長(cháng)范圍為 5mil，等長(cháng)不需要做到更小，有仿真驗證，等長(cháng)范圍做到 5mil 以下（1mil）并不能對信號質(zhì)量有很大提升。等長(cháng)處理的位置選擇在產(chǎn)生長(cháng)度誤差的地方，等長(cháng)需要做小波浪處理。如下圖示。