差分信號(hào)與單端信號(hào)走線的基本概念和區(qū)別

嚴(yán)格意義上來說，所有的電壓信號(hào)都是“差分”的，因?yàn)橐粋€(gè)電壓總是相對(duì)另一個(gè)電壓而言。但大部分情況下，我們會(huì)把“地”作為電壓基準(zhǔn)點(diǎn)，從而測(cè)得另一個(gè)電壓值，這種信號(hào)被稱為單端信號(hào)。由于是和“地”做比較，單端信號(hào)在PCB上的表現(xiàn)通常只有一根導(dǎo)線。

差分傳輸是一種信號(hào)傳輸?shù)募夹g(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng)的一根信號(hào)線一根地線的做法，差分傳輸在這兩根線上都傳輸信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)的振幅相等，相位相差180度。在這兩根線上傳輸?shù)男盘?hào)就是差分信號(hào)。

差分信號(hào)在PCB上的表現(xiàn)會(huì)有兩根導(dǎo)線。來源一般有兩種：1.傳導(dǎo)干擾(傳導(dǎo)噪聲)：主要就是地端電位不穩(wěn)定帶來干擾，地端電位如果發(fā)生抖動(dòng)，那地端與信號(hào)線間的電壓就會(huì)不穩(wěn)定也就是共模電壓不穩(wěn)定，即產(chǎn)生了共模干擾。若兩根線上的共模干擾電壓不一致，則會(huì)使這兩根信號(hào)線的差值發(fā)生抖動(dòng)，引起差模干擾。常將信號(hào)線做成雙絞線(差分輸入)的原因就是讓兩根信號(hào)線的空間位置相對(duì)接近，使它們的共模干擾電壓一致從而盡可能的消除差模干擾;2.空間耦合干擾(輻射噪聲)：空間中變化的電磁場(chǎng)在信號(hào)線上產(chǎn)生電壓帶來共模和差模干擾。

優(yōu)點(diǎn)：1.抗干擾能力強(qiáng)：干擾噪聲一般會(huì)等值、同時(shí)的被加載到兩根信號(hào)線上，而其差值為0，即，噪聲對(duì)信號(hào)的邏輯電平不產(chǎn)生影響;2.能有效抑制電磁干擾(EMI)：由于兩根線靠得很近且信號(hào)幅值相等，這兩根線與地線之間的耦合電磁場(chǎng)的幅值也相等，同時(shí)他們的信號(hào)極性相反，其電磁場(chǎng)將相互抵消，因此對(duì)外界的電磁干擾也小;3.時(shí)序定位準(zhǔn)確：差分信號(hào)的接收端是兩根線上的信號(hào)幅值之差發(fā)生正負(fù)跳變的點(diǎn)作為判斷邏輯0/1跳變點(diǎn)的。而普通單端信號(hào)以閾值電壓作為信號(hào)邏輯0/1的跳變點(diǎn)，受閾值電壓與信號(hào)幅值電壓之比的影響較大，不適合低幅度的信號(hào)。

缺點(diǎn)：若電路板的面積非常緊張，單端信號(hào)可以只有一根信號(hào)線，地線走地平面，而差分信號(hào)一定要走兩根等長(zhǎng)、等寬、緊密靠近、且在同一層面的線。這樣的情況常常發(fā)生在芯片的管腳間距很小，以至于只能穿過一根走線的情況下。

差分信號(hào)與單端信號(hào)走線的基本概念和區(qū)別如下?：

單端信號(hào)走線

單端信號(hào)是指使用一根信號(hào)線和一根參考線(通常是地線)進(jìn)行信號(hào)傳輸。單端信號(hào)的參考端是地端，信號(hào)通過計(jì)算信號(hào)端口和地端的電平差來獲取。單端信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、成本低，適合低頻信號(hào)傳輸。然而，單端信號(hào)的抗干擾能力較差，容易受到外界噪聲的影響?12。

差分信號(hào)走線

差分信號(hào)傳輸技術(shù)使用兩根線同時(shí)傳輸信號(hào)，這兩根線的信號(hào)振幅相等但相位相反。差分信號(hào)的接收端通過比較這兩根線上信號(hào)的差值來判斷邏輯狀態(tài)。差分信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)包括：

?抗干擾能力強(qiáng)?：由于兩根線上的信號(hào)相互耦合，外界噪聲會(huì)同時(shí)影響兩根線，因此差分信號(hào)對(duì)共模噪聲具有很好的抑制作用。

?能有效抑制電磁干擾(EMI)?：兩根信號(hào)線極性相反，它們對(duì)外輻射的電磁場(chǎng)可以相互抵消，減少對(duì)外部環(huán)境的干擾。

?時(shí)序定位準(zhǔn)確?：差分信號(hào)的開關(guān)變化位于兩個(gè)信號(hào)的交點(diǎn)，受工藝和溫度影響小，適合低幅度信號(hào)的電路?12。

應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)缺點(diǎn)比較

?單端信號(hào)?適用于低頻信號(hào)傳輸，成本低，布線簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是抗干擾能力差，容易受到外界噪聲的影響。

?差分信號(hào)?適用于高頻信號(hào)傳輸，抗干擾能力強(qiáng)，能有效抑制EMI，時(shí)序定位準(zhǔn)確。缺點(diǎn)是需要兩根等長(zhǎng)、等寬、緊密靠近的走線，布線復(fù)雜且成本較高?12。

差分信號(hào)和普通的單端信號(hào)走線相比，最明顯的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

抗干擾能力強(qiáng)，因?yàn)閮筛罘肿呔€之間的耦合很好，當(dāng)外界存在噪聲干擾時(shí)，幾乎是同時(shí)被耦合到兩條線上，而接收端關(guān)心的只是兩信號(hào)的差值，所以外界的共模噪聲可以被最大程度抵消。

能有效的抑制EMI，同樣的道理，由于兩根信號(hào)的極性相反，他們對(duì)外輻射的電磁場(chǎng)可以相互抵消，耦合的越緊密，泄放到外界的電磁能量也越少。

時(shí)序定位精確，由于差分信號(hào)的開關(guān)變化是位于兩個(gè)信號(hào)的交點(diǎn)，而不像普通單端信號(hào)依靠高低兩個(gè)閾值電壓判斷，因而受工藝，溫度的影響小，能降低時(shí)序上的誤差，同時(shí)也更適合于低幅度信號(hào)的電路。目前流行的LVDS就是指這種小振幅差分信號(hào)技術(shù)。

差分信號(hào)與單端信號(hào)的區(qū)別

單端信號(hào)指的是用一個(gè)線傳輸?shù)男盘?hào)，一根線沒參考點(diǎn)怎么會(huì)有信號(hào)呢?參考點(diǎn)就是地啊。也就是說，單端信號(hào)是在一跟導(dǎo)線上傳輸?shù)呐c地之間的電平差。那么當(dāng)你把信號(hào)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(shì)應(yīng)該差不多是一樣的。

差分信號(hào)指的是用兩根線傳輸?shù)男盘?hào)，傳輸?shù)氖莾筛盘?hào)之間的電平差。當(dāng)你把信號(hào)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(shì)可以一樣也可以不一樣，但是A點(diǎn)和B點(diǎn)的地電勢(shì)差有一個(gè)范圍，超過這個(gè)范圍就會(huì)出問題了。

一個(gè)差分信號(hào)是用一個(gè)數(shù)值來表示兩個(gè)物理量之間的差異。從嚴(yán)格意義上來講，所有電壓信號(hào)都是差分的，因?yàn)橐粋€(gè)電壓只能是相對(duì)于另一個(gè)電壓而言的。在某些系統(tǒng)里，系統(tǒng)地被用作電壓基準(zhǔn)點(diǎn)。當(dāng)?shù)禺?dāng)作電壓測(cè)量基準(zhǔn)時(shí)，這種信號(hào)規(guī)劃被稱之為單端的。我們使用該術(shù)語是因?yàn)樾盘?hào)是用單個(gè)導(dǎo)體上的電壓來表示的。

另一方面，一個(gè)差分信號(hào)作用在兩個(gè)導(dǎo)體上。信號(hào)值是兩個(gè)導(dǎo)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(duì)差分信號(hào)做一下比喻，差分信號(hào)就好比是蹺蹺板上的兩個(gè)人，當(dāng)一個(gè)人被蹺上去的時(shí)候，另一個(gè)人被蹺下來了 - 但是他們的平均位置是不變的。繼續(xù)蹺蹺板的類推，正值可以表示左邊的人比右邊的人高，而負(fù)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(duì)標(biāo)識(shí)為V+和V-的導(dǎo)線來表示。當(dāng)V+》V-時(shí)，信號(hào)定義成正極信號(hào)，當(dāng)V+《V-時(shí)，信號(hào)定義成負(fù)極信號(hào)。