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差分信號線的定義和優點_高都電子PCB技術中心_pcb學院PCB

2019-08-27 19:14:08

一個差分信號是用一個數值來表示兩個物理量之間的差異。從嚴格意義上來講,所有電壓信號都是差分的,因為一個電壓只能是相對于另一個電壓而言的。在某些系統里,系統'地'被用作電壓基準點。當'地'當作電壓測量基準時,這種信號規劃被稱之為單端的。我們使用該術語是因為信號是用單個導體上的電壓來表示的。
 

另一方面,一個差分信號作用在兩個導體上。信號值是兩個導體間的電壓差。盡管不是非常必要,這兩個電壓的平均值還是會經常保持一致。我們用一個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人,當一個人被蹺上去的時候,另一個人被蹺下來了 - 但是他們的平均位置是不變的。繼續蹺蹺板的類推,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 表示兩個人都是同一水平。
 

 

圖1 用蹺蹺板表示的差分信號
 

應用到電學上,這兩個蹺蹺板用一對標識為V+和V-的導線來表示。當V+>V-時,信號定義成正極信號


 

圖2 差分信號波形和單端等價

 

圖2 差分對圍繞擺動的平均電壓設置成 2.5V。當該對的每個信號都限制成 0-5V 振幅時,偏移該差分對會提供一個信號擺動的最大范圍。當用單一 5V 電源操作時,經常就會出現這種情況。
 

當不采用單端信號而采取差分信號方案時,我們用一對導線來替代單根導線,增加了任何相關接口電路的復雜性。那么差分信號提供了什么樣的有形益處,才能證明復雜性和成本的增加是值得的呢?
 

差分信號的第一個好處是,因為你在控制'基準'電壓,所以能夠很容易地識別小信號。在一個地做基準,單端信號方案的系統里,測量信號的精確值依賴系統內'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'的精確值無關,而在某一范圍內。
 

差分信號的第二個主要好處是,它對外部電磁干擾(EMI)是高度免疫的。一個干擾源幾乎相同程度地影響差分信號對的每一端。既然電壓差異決定信號值,這樣將忽視在兩個導體上出現的任何同樣干擾。除了對干擾不大靈敏外,差分信號比單端信號生成的 EMI 還要少。

 

差分信號提供的第三個好處是,在一個單電源系統,能夠從容精確地處理'雙極'信號。為了處理單端,單電源系統的雙極信號,我們必須在地和電源干線之間某任意電壓處(通常是中點)建立一個虛地。用高于虛地的電壓來表示正極信號,低于虛地的電壓來表示負極信號。接下來,必須把虛地正確地分布到整個系統里。而對于差分信號,不需要這樣一個虛地,這就使我們處理和傳播雙極信號有一個高*真度,而無須依賴虛地的穩定性。

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