數字接口:單端與差動接口大比拚
發布時間:2012-07-09 來源:德州儀器 (TI)
中心議題:
本部分向您介紹了在將數字轉換結果從模數轉換器 (ADC) 傳輸到係統控製器以及將任何數字配置數據從控製器傳輸到數模轉換器 (DAC) 時所必需的數字接口。其中所使用的兩種主要的信號傳輸方案就是單端和差動信號傳輸。
單端數據傳輸僅使用一條信號線,其電勢被看作接地。當信號線為信號電流提供正向通道時,接地線會提供回流通道。圖 1 顯示了單端傳輸通道的基本示意圖。

圖 1 單端傳輸通道
單端接口的優點包括簡潔性和實施成本低,但也有三個主要的缺陷:
1)對噪聲拾取極為敏感,由於引入至信號或接地通道中的噪聲將直接添加到接收器輸入,因此會導致錯誤的接收器觸發。
2)另一個值得關注的是串擾。串擾是相鄰信號和控製線之間的電容和電感耦合。
3)最後,信號線跡和接地層之間存在物理性差異,單端係統中產生的橫向電磁波 (TEM) 可以輻射到電路環境中,從而成為影響相鄰電路的嚴重電磁幹擾 (EMI) 源。
差動信號傳輸采用由兩條導線組成的信號線對:一條用於使電流正向流動,另一條用於使電流回流。每條信號導線都具有一個共模電壓 VCM,該電壓與 50% 的差動驅動器輸出電壓 VOD 相疊加,但彼此極性相反(請參見圖 2)。

圖 2 差動傳輸通道
當(dang)差(cha)動(dong)線(xian)對(dui)的(de)導(dao)線(xian)彼(bi)此(ci)接(jie)近(jin)時(shi),引(yin)入(ru)至(zhi)兩(liang)個(ge)導(dao)線(xian)中(zhong)的(de)電(dian)耦(ou)合(he)外(wai)部(bu)噪(zao)聲(sheng)會(hui)在(zai)接(jie)收(shou)器(qi)輸(shu)入(ru)端(duan)作(zuo)為(wei)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)均(jun)勻(yun)出(chu)現(xian)。具(ju)有(you)差(cha)動(dong)輸(shu)入(ru)的(de)接(jie)收(shou)器(qi)隻(zhi)對(dui)信(xin)號(hao)差(cha)敏(min)感(gan),但(dan)對(dui)共(gong)模(mo)信(xin)號(hao)抗(kang)擾(rao)。因(yin)此(ci),該(gai)接(jie)收(shou)器(qi)可(ke)以(yi)抑(yi)製(zhi)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)並(bing)保(bao)持(chi)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)。

圖 3 從單導線周圍的大散射磁場和差動信號線對緊耦合導線回路之外的小散射磁場輻射出的 TEM 波
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jindianziouheketigonglingyizhonghaochu。liangtiaodaoxianzhongdedianliudengfudanjixingxiangfan,nenggouchanshengbicidixiaodecichang。zheyang,liangtiaodaoxiandehengdiancibojiubeiboduolecichang,yincibuhuifushedaohuanjingzhong。zhiyoudaoxianhuiluzhiwaifeichangxiaodesanshecichangcaiyoufushe,congerxianzhujiangdiledianciganrao (EMI)。
應用
當緊靠係統控製器應用時,單端接口允許相對較高的頻率(高達 70 MHz)。差動接口具有相當高的抗幹擾能力,可以顯著降低電磁幹擾 (EMI),因此其數據傳輸頻率可達 500MHz 或更高。
數據轉換器中最常實施的接口是內部集成電路 (I2C) 總線、串行外設接口 (SPI)總線以及低壓差動信號傳輸 (LVDS) 接口。敬請關注在未來《信號鏈路基礎知識》文章中討論的這些主題。
- 單端傳輸通道
- 差動傳輸通道
- 數字接口的應用
本部分向您介紹了在將數字轉換結果從模數轉換器 (ADC) 傳輸到係統控製器以及將任何數字配置數據從控製器傳輸到數模轉換器 (DAC) 時所必需的數字接口。其中所使用的兩種主要的信號傳輸方案就是單端和差動信號傳輸。
單端數據傳輸僅使用一條信號線,其電勢被看作接地。當信號線為信號電流提供正向通道時,接地線會提供回流通道。圖 1 顯示了單端傳輸通道的基本示意圖。

圖 1 單端傳輸通道
單端接口的優點包括簡潔性和實施成本低,但也有三個主要的缺陷:
1)對噪聲拾取極為敏感,由於引入至信號或接地通道中的噪聲將直接添加到接收器輸入,因此會導致錯誤的接收器觸發。
2)另一個值得關注的是串擾。串擾是相鄰信號和控製線之間的電容和電感耦合。
3)最後,信號線跡和接地層之間存在物理性差異,單端係統中產生的橫向電磁波 (TEM) 可以輻射到電路環境中,從而成為影響相鄰電路的嚴重電磁幹擾 (EMI) 源。
差動信號傳輸采用由兩條導線組成的信號線對:一條用於使電流正向流動,另一條用於使電流回流。每條信號導線都具有一個共模電壓 VCM,該電壓與 50% 的差動驅動器輸出電壓 VOD 相疊加,但彼此極性相反(請參見圖 2)。

圖 2 差動傳輸通道
當(dang)差(cha)動(dong)線(xian)對(dui)的(de)導(dao)線(xian)彼(bi)此(ci)接(jie)近(jin)時(shi),引(yin)入(ru)至(zhi)兩(liang)個(ge)導(dao)線(xian)中(zhong)的(de)電(dian)耦(ou)合(he)外(wai)部(bu)噪(zao)聲(sheng)會(hui)在(zai)接(jie)收(shou)器(qi)輸(shu)入(ru)端(duan)作(zuo)為(wei)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)均(jun)勻(yun)出(chu)現(xian)。具(ju)有(you)差(cha)動(dong)輸(shu)入(ru)的(de)接(jie)收(shou)器(qi)隻(zhi)對(dui)信(xin)號(hao)差(cha)敏(min)感(gan),但(dan)對(dui)共(gong)模(mo)信(xin)號(hao)抗(kang)擾(rao)。因(yin)此(ci),該(gai)接(jie)收(shou)器(qi)可(ke)以(yi)抑(yi)製(zhi)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)並(bing)保(bao)持(chi)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)。

圖 3 從單導線周圍的大散射磁場和差動信號線對緊耦合導線回路之外的小散射磁場輻射出的 TEM 波
jindianziouheketigonglingyizhonghaochu。liangtiaodaoxianzhongdedianliudengfudanjixingxiangfan,nenggouchanshengbicidixiaodecichang。zheyang,liangtiaodaoxiandehengdiancibojiubeiboduolecichang,yincibuhuifushedaohuanjingzhong。zhiyoudaoxianhuiluzhiwaifeichangxiaodesanshecichangcaiyoufushe,congerxianzhujiangdiledianciganrao (EMI)。
應用
當緊靠係統控製器應用時,單端接口允許相對較高的頻率(高達 70 MHz)。差動接口具有相當高的抗幹擾能力,可以顯著降低電磁幹擾 (EMI),因此其數據傳輸頻率可達 500MHz 或更高。
數據轉換器中最常實施的接口是內部集成電路 (I2C) 總線、串行外設接口 (SPI)總線以及低壓差動信號傳輸 (LVDS) 接口。敬請關注在未來《信號鏈路基礎知識》文章中討論的這些主題。
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