差分信號

差分傳輸是一種信號傳輸的技術
，區別於傳統的一根信號線一根地線的做法（單端信號），差分傳輸在這兩根線上都傳輸信號，這兩個信號的振幅相等，相位相反。在這兩根線上傳輸的信號就是差分信號。

 

 

差分與單端信號比較

差分信號與單端信號走線的做法相比，其優缺點分別是：

 

優點

1、抗幹擾能力強。幹擾噪聲一般會等值、同時的被加載到兩根信號線上，而其差值為0
，即，噪聲對信號的邏輯意義不產生影響。

 

2、能有效抑製電磁幹擾（EMI）。由(you)於(yu)兩(liang)根(gen)線(xian)靠(kao)得(de)很(hen)近(jin)且(qie)信(xin)號(hao)幅(fu)值(zhi)相(xiang)等(deng)，這(zhe)兩(liang)根(gen)線(xian)與(yu)地(di)線(xian)之(zhi)間(jian)的(de)耦(ou)合(he)電(dian)磁(ci)場(chang)的(de)幅(fu)值(zhi)也(ye)相(xiang)等(deng)
，同(tong)時(shi)他(ta)們(men)的(de)信(xin)號(hao)極(ji)性(xing)相(xiang)反(fan)，其(qi)電(dian)磁(ci)場(chang)將(jiang)相(xiang)互(hu)抵(di)消(xiao)。因(yin)此(ci)對(dui)外(wai)界(jie)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)也(ye)小(xiao)。

 

3、時序定位準確。差分信號的接受端是兩根線上的信號幅值之差發生正負跳變的點，作為判斷邏輯0/1跳變的點的。而普通單端信號以閾值電壓作為信號邏輯0/1的跳變點
，受閾值電壓與信號幅值電壓之比的影響較大，不適合低幅度的信號。

 

缺點

若電路板的麵積非常緊張

，單端信號可以隻有一根信號線，地線走地平麵，而差分信號一定要走兩根等長、等寬、緊密靠近
、且在同一層麵的線。這樣的情況常常發生在芯片的管腳間距很小，以至於隻能穿過一根走線的情況下。

牛人關於差分信號與單端信號的精辟點評

一
、基本區別

不說理論上的定義，說實際的。

 

單端信號指的是用一個線傳輸的信號，一根線沒參考點怎麼會有信號呢？easy
，參考點就是地啊。也就是說

，單端信號是在一跟導線上傳輸的與地之間的電平差。那麼當你把信號從A點傳遞到B點的時候
，有一個前提就是A點和B點的地電勢應該差不多是一樣的
，為啥說差不多呢，後麵再詳細說。     

 

差分信號指的是用兩根線傳輸的信號

，傳輸的是兩根信號之間的電平差。當你把信號從A點傳遞到B點的時候


，A點和B點的地電勢可以一樣也可以不一樣，但是A點和B點的地電勢差有一個範圍，超過這個範圍就會出問題了。

 

二、傳輸上的差別

單端信號的優點是，省錢～方便～

 

大(da)部(bu)分(fen)的(de)低(di)頻(pin)電(dian)平(ping)信(xin)號(hao)都(dou)是(shi)使(shi)用(yong)單(dan)端(duan)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)傳(chuan)輸(shu)的(de)。一(yi)個(ge)信(xin)號(hao)一(yi)根(gen)線(xian)，最(zui)後(hou)
，把(ba)兩(liang)邊(bian)的(de)地(di)用(yong)一(yi)根(gen)線(xian)一(yi)連(lian)

，完(wan)事(shi)。缺(que)點(dian)在(zai)不(bu)同(tong)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)暴(bao)露(lu)的(de)不(bu)一(yi)樣(yang)，歸(gui)結(jie)起(qi)來(lai)，最(zui)主(zhu)要(yao)的(de)一(yi)個(ge)方(fang)麵(mian)就(jiu)是(shi)，抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)差(cha)。

 

首先說最大的一個問題
，地電勢差以及地一致性。大家都認為地是0V，實際上，真正的應用中地是千奇百怪變化莫測的一個東西，我想我會專門寫一些地方麵的趣事。比如A點到Bdianzhijian

，younameyigenxian
，yonglailianjielianggexitongzhijiandedi，nameruguozhegenxianshangdedianliuhendashi
，liangdianjiandedidianshikenengjiubukehulvele，zheyangyigexinhao
，congA的角度看起來是1V，從B的角度看起來可能隻有0.8Vle，zhekebushiyigeshenmehaoshiqing

，zhejiushididianshichaduidanduanxinhaodeyingxiang。jiezheshuodiyizhixing。shijishanghenduoshihouzhegedishangyouyudianliuhudahuxiao，bujujiegouyuanyuanjinjin
，  地上會產生一定的電壓波動，這也會影響單端信號的質量。

 

差分信號在這一點有優勢
，由於兩個信號都是相對於地的

，當地電勢發生變化時，兩個信號同時上下浮動（當然是理想狀態下）， chafenlianggenxianzhijiandedianyachaquehenshaofashengbianhua
，zheyangxinhaozhiliangbujiugaolema
？qicijiushichuanshuguochengzhongdeganrao，dangyigendaoxianchuanguomougexianquanshi
，qiezhegenxianquanshangtongzhejiaoliudianshi，zhegendaoxianshanghuichanshengganyingdiandongshi～～好簡單的道理，實際上工業現場遇到的大部分。問題就是這麼簡單
，可是你無法抗拒～ ruguoshidanduanxinhao
，chanshengduoshao，jiushiduoshao，zhejiushizaoshengnihaowubanfa。danshiruguoshichafenxinhao
，nijiukeyikaolvla
，weishane，lianggendaoxianshipingxingchuanshude， 每根導線上產生的感應電動勢不是一樣嗎，兩個一減，他不久沒了嗎～ 確實，同樣的情況下
，傳輸距離較長時，差分信號具有更強的驅動能力、更強的抗幹擾能力，同樣的，當你傳輸的信號會對其他設備有幹擾時，差分信號也比單端信號產生的信號相對小，也就是常說的EMI特性。

 

三、使用時需要注意的

由(you)於(yu)差(cha)分(fen)比(bi)單(dan)端(duan)有(you)不(bu)少(shao)好(hao)處(chu)，在(zai)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)中(zhong)很(hen)多(duo)人(ren)願(yuan)意(yi)使(shi)用(yong)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)
，比(bi)如(ru)橋(qiao)式(shi)應(ying)變(bian)片(pian)式(shi)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)
，其(qi)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)滿(man)量(liang)程(cheng)時(shi)有(you)的(de)也(ye)隻(zhi)有(you)2mV，如ru果guo使shi用yong單dan端duan信xin號hao傳chuan輸shu
，那na麼me這zhe個ge信xin號hao隻zhi要yao電dian源yuan的de紋wen波bo就jiu能neng把ba他ta吃chi光guang。所suo以yi實shi際ji上shang，都dou是shi用yong儀yi表biao運yun方fang進jin行xing放fang大da後hou，再zai進jin行xing處chu理li。而er儀yi表biao運yun方fang正zheng是shi處chu理li差cha分fen信xin號hao最zui有you力li的de幾ji個ge工gong具ju之zhi一yi。但dan是shi，使shi用yong差cha分fen信xin號hao時shi，一yi定ding要yao注zhu意yi一yi個ge問wen題ti
，共gong模mo電dian壓ya範fan圍wei。也ye就jiu是shi說shuo，這zhe兩liang根gen線xian上shang的de電dian壓ya，相xiang對dui於yu係xi統tong的de地di
，還hai是shi不bu能neng太tai大da。你ni傳chuan輸shu0.1V的信號沒問題，但是如果一根是 1000.0 另外一根是 1000.1，那na就jiu不bu好hao玩wan了le

，問wen題ti在zai於yu，在zai很hen多duo場chang合he下xia使shi用yong差cha分fen信xin號hao都dou是shi為wei了le不bu讓rang兩liang個ge係xi統tong的de地di簡jian單dan的de共gong在zai一yi起qi
，更geng不bu能neng把ba差cha分fen信xin號hao中zhong的de一yi根gen直zhi接jie接jie在zai本ben地di係xi統tong的de地di上shang，那na不bu白bai費fei勁jin嗎ma--youchengdanduanle，nameruheyizhigongmodianyane
？qishiyetingjiandande
，jianglianggenxiandoutongguoyigezugoudadedianzu

，lianjiedaoxitongdedishang。zhejiuxiangyigenshuanzaifengzhengshangdexian，wozaidishangpaopaotiaotiao，buhuiyingxiangfengzhengdegaodu     但是你永遠逃不出我的視線，而我的視線，在電子行業
，叫共模電壓範圍～～嘿嘿 

，最後，回答一個網友的問題：單端轉差分怎麼轉。單單將單端信號用反向跟隨器跟隨並不是不行，但是差分信號被平白的放大了2倍～～ 常見的用儀表運方+普通運方搭建的單端轉差分是個很好的例子。

 

 

1

、renweichafenxinhaobuxuyaodipingmianzuoweihuiliulujing，huozherenweichafenzouxianbiciweiduifangtigonghuiliutujing。zaochengzhezhongwuqudeyuanyinshibeibiaomianxianxiangmihuo
，huozheduigaosuxinhaochuanshudejilirenshihaibugoushenru。chafendianluduiyuleisididanyijiqitakenengcunzaiyudianyuanhedipingmianshangdezaoyinxinhaoshibumingande。dipingmiandebufenhuiliudixiaobingbudaibiaochafendianlujiubuyicankaopingmianzuoweixinhaofanhuilujing
，qishizaixinhaohuiliufenxishang，chafenzouxianheputongdedanduanzouxiandejilishiyizhide，jigaopinxinhaozongshiyanzhedianganzuixiaodehuilujinxinghuiliu
，zuidadequbiezaiyuchafenxianchuleyouduidideouhezhiwai
，haicunzaixianghuzhijiandeouhe
，nayizhongouheqiang，nayizhongjiuchengweizhuyaodehuiliutonglu.在PCB電路設計中，一般差分走線之間的耦合較小
，往往隻占 10~20%的(de)耦(ou)合(he)度(du)
，更(geng)多(duo)的(de)還(hai)是(shi)對(dui)地(di)的(de)耦(ou)合(he)
，所(suo)以(yi)差(cha)分(fen)走(zou)線(xian)的(de)主(zhu)要(yao)回(hui)流(liu)路(lu)徑(jing)還(hai)是(shi)存(cun)在(zai)於(yu)地(di)平(ping)麵(mian)。當(dang)地(di)平(ping)麵(mian)發(fa)生(sheng)不(bu)連(lian)續(xu)的(de)時(shi)候(hou)，無(wu)參(can)考(kao)平(ping)麵(mian)的(de)區(qu)域(yu)，差(cha)分(fen)走(zou)線(xian)之(zhi)間(jian)的(de)耦(ou)合(he)才(cai)會(hui)提(ti)供(gong)主(zhu)要(yao)的(de)回(hui)流(liu)通(tong)路(lu)，盡(jin)管(guan)參(can)考(kao)平(ping)麵(mian)的(de)不(bu)連(lian)續(xu)對(dui)差(cha)分(fen)走(zou)線(xian)的(de)影(ying)響(xiang)沒(mei)有(you)對(dui)普(pu)通(tong)的(de)單(dan)端(duan)走(zou)線(xian)來(lai)的(de)嚴(yan)重(zhong)，但(dan)還(hai)是(shi)會(hui)降(jiang)低(di)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)的(de)質(zhi)量(liang)，增(zeng)加(jia) EMI，要(yao)盡(jin)量(liang)避(bi)免(mian)。也(ye)有(you)些(xie)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)認(ren)為(wei)，可(ke)以(yi)去(qu)掉(diao)差(cha)分(fen)走(zou)線(xian)下(xia)方(fang)的(de)參(can)考(kao)平(ping)麵(mian)
，以(yi)抑(yi)製(zhi)差(cha)分(fen)傳(chuan)輸(shu)中(zhong)的(de)部(bu)分(fen)共(gong)模(mo)信(xin)號(hao)，但(dan)從(cong)理(li)論(lun)上(shang)看(kan)這(zhe)種(zhong)做(zuo)法(fa)是(shi)不(bu)可(ke)取(qu)的(de)，阻(zu)抗(kang)如(ru)何(he)控(kong)製(zhi)？不(bu)給(gei)共(gong)模(mo)信(xin)號(hao)提(ti)供(gong)地(di)阻(zu)抗(kang)回(hui)路(lu)，勢(shi)必(bi)會(hui)造(zao)成(cheng) EMI 輻射，這種做法弊大於利。

 

2
、認為保持等間距比匹配線長更重要。在實際的PCB布(bu)線(xian)中(zhong)，往(wang)往(wang)不(bu)能(neng)同(tong)時(shi)滿(man)足(zu)差(cha)分(fen)設(she)計(ji)的(de)要(yao)求(qiu)。由(you)於(yu)管(guan)腳(jiao)分(fen)布(bu)，過(guo)孔(kong)，以(yi)及(ji)走(zou)線(xian)空(kong)間(jian)等(deng)因(yin)素(su)存(cun)在(zai)，必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)適(shi)當(dang)的(de)繞(rao)線(xian)才(cai)能(neng)達(da)到(dao)線(xian)長(chang)匹(pi)配(pei)的(de)目(mu)的(de)

，但(dan)帶(dai)來(lai)的(de)結(jie)果(guo)必(bi)然(ran)是(shi)差(cha)分(fen)對(dui)的(de)部(bu)分(fen)區(qu)域(yu)無(wu)法(fa)平(ping)行(xing)。PCB 差分走線的設計中最重要的規則就是匹配線長，其它的規則都可以根據設計要求和實際應用進行靈活處理。

 

3
、認(ren)為(wei)差(cha)分(fen)走(zou)線(xian)一(yi)定(ding)要(yao)靠(kao)的(de)很(hen)近(jin)。讓(rang)差(cha)分(fen)走(zou)線(xian)靠(kao)近(jin)無(wu)非(fei)是(shi)為(wei)了(le)增(zeng)強(qiang)他(ta)們(men)的(de)耦(ou)合(he)，既(ji)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)對(dui)噪(zao)聲(sheng)的(de)免(mian)疫(yi)力(li)
，還(hai)能(neng)充(chong)分(fen)利(li)用(yong)磁(ci)場(chang)的(de)相(xiang)反(fan)極(ji)性(xing)來(lai)抵(di)消(xiao)對(dui)外(wai)界(jie)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)。雖(sui)說(shuo)這(zhe)種(zhong)做(zuo)法(fa)在(zai)大(da)多(duo)數(shu)情(qing)況(kuang)下(xia)是(shi)非(fei)常(chang)有(you)利(li)的(de)
，但(dan)不(bu)是(shi)絕(jue)對(dui)的(de)，如(ru)果(guo)能(neng)保(bao)證(zheng)讓(rang)它(ta)們(men)得(de)到(dao)充(chong)分(fen)的(de)屏(ping)蔽(bi)，不(bu)受(shou)外(wai)界(jie)幹(gan)擾(rao)，那(na)麼(me)我(wo)們(men)也(ye)就(jiu)不(bu)需(xu)要(yao)再(zai)讓(rang)通(tong)過(guo)彼(bi)此(ci)的(de)強(qiang)耦(ou)合(he)達(da)到(dao)抗(kang)幹(gan)擾(rao)和(he)抑(yi)製(zhi) EMI demudele。ruhecainengbaozhengchafenzouxianjuyoulianghaodegelihepingbine？zengdayuqitaxinhaozouxiandejianjushizuijibendetujingzhiyi
，diancichangnengliangshisuizhejulichengpingfangguanxidijiande
，yibanxianjianjuchaoguo4 倍線寬時，它們之間的幹擾就極其微弱了，基本可以忽略。此外，通過地平麵的隔離也可以起到很好的屏蔽作用，這種結構在高頻的（10G 以上）IC封裝PCB 設計中經常會用采用，被稱為CPW結構，可以保證嚴格的差分阻抗控製（2Z0）。

 

差分走線也可以走在不同的信號層中，但一般不建議這種走法，因為不同的層產生的諸如阻抗、guokongdechabiehuipohuaichamochuanshudexiaoguo，yinrugongmozaosheng。ciwai，ruguoxianglinliangcengouhebugoujinmidehua，huijiangdichafenzouxiandikangzaoshengdenengli，danruguonengbaochihezhouweizouxianshidangdejianju
，chuanraojiubushigewenti。zaiyibanpinlv（GHz 以下）
，EMI 也不會是很嚴重的問題，實驗表明
，相距 500Mils 的差分走線，在3 米之外的輻射能量衰減已經達到 60dB，足以滿足 FCC的電磁輻射標準，所以設計者根本不用過分擔心差分線耦合不夠而造成電磁不兼容問題。

 

4、差分曼切斯特編碼並不是差分信號的一種
，它指的是用在每一位開始時的電平跳變來表示邏輯狀態“0”
，不跳變來表示邏輯狀態“1”。但每一位中間的跳變是用來做同步時鍾
，沒有邏輯意義。

 

5
、雙絞線上麵走的不一定是差分信號，單端信號在雙絞線上的電磁輻射也比平行走線的輻射小。