一文詳解單端信號與差分信號的區(qū)別

1、單端信號

單端信號是相對于差分信號而言的，單端輸入指信號有一個(gè)參考端和一個(gè)信號端構(gòu)成，參考端一般為地端。

2、差分信號

差分傳輸是一種信號傳輸?shù)募夹g(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng)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(gè)信號的振幅相等，相位相反。在這兩根線上傳輸?shù)男盘柧褪遣罘中盘枴?

單端信號傳輸和差分信號傳輸是兩種常見的信號傳輸方式，它們在抗干擾能力和信號質(zhì)量等方面有一些明顯的區(qū)別。

單端信號是指只有一個(gè)信號引腳傳輸信號的方式。在單端信號傳輸中，信號源的電壓或電流相對于地(或參考電壓)的變化表示信號的信息。單端信號傳輸簡單且常見，適用于短距離的數(shù)據(jù)傳輸。優(yōu)點(diǎn)是簡單方便，能滿足大多數(shù)領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)采集的需求，缺點(diǎn)是抗干擾能力相對較弱。

圖1，來源于網(wǎng)絡(luò)

差分信號是通過兩個(gè)相互反向的信號引腳傳輸信號的方式。其中，一個(gè)引腳傳輸正向信號，另一個(gè)引腳傳輸反向信號。差分信號傳輸利用了兩個(gè)引腳之間的電壓差或電流差來表示信號的信息。

差分信號傳輸對于遠(yuǎn)距離傳輸可以提供更好的抗干擾能力，因?yàn)楦蓴_信號通常會同時(shí)影響正向信號和反向信號，而差分接收器可以通過比較兩個(gè)信號的差異來減少干擾的影響。因此，差分信號傳輸更適用于抗干擾要求較高的應(yīng)用以及長距離傳輸?shù)葓鼍啊?

圖2，來源于網(wǎng)絡(luò)

差分信號傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)：

1、差分信號的總dI/dt比單端信號少，能降低EMI噪聲和軌道塌陷。

2、差分信號在一對緊耦合差分傳輸線上傳輸，對返回路徑的依賴沒那么大。

3、使用差分線可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離差分信號的傳輸。

差分信號傳輸?shù)娜秉c(diǎn)：

1、差分信號傳輸會使得收發(fā)端的電路變得復(fù)雜，系統(tǒng)的功耗也會隨之上升。

2、如果設(shè)計(jì)不恰當(dāng)，在差分信號線上有共模信號存在，會帶來額外的EMI問題。

3、傳輸同樣的數(shù)據(jù)，差分信號需要2根信號線，且差分信號一定要走兩根等長、等寬、緊密靠近。這意味著電路連接更多、所需PCB面積更大。

差模信號：Vdiff=V1-V2

共模信號：Vcomm=1/2*(V1+V2)

V1=Vcomm+1/2*Vdiff

V2=Vcomm-1/2*Vdiff

這些信號和公式可以用來描述任何一對傳輸線上的信號，即使它們本身不是同一組差分對信號。

下圖4是某芯片的LVDS信號定義和其測試波形。

理論上共模信號是恒定的。但實(shí)際上，因?yàn)镻CB設(shè)計(jì)、線纜的差異等，都會引起共模信號的改變，并且?guī)韮蓚€(gè)問題。

(1)當(dāng)共模信號過高時(shí)，負(fù)載端差分接收器的輸入放大器會飽和，使之不能準(zhǔn)確讀取差分信號電壓值。

(2)當(dāng)共模信號有變化時(shí)，會引起EMI問題。

總結(jié)起來，單端信號和差分信號在電路復(fù)雜性、抗干擾能力、信號質(zhì)量度等方面有所區(qū)別。單端信號適用于常規(guī)的信號傳輸場景，而差分信號更適用于長距離以及抗干擾要求較高的應(yīng)用。差分信號傳輸能夠提供更好的抗干擾能力和信號質(zhì)量，但同時(shí)也需要更多的引腳和復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)。因此，在選擇信號傳輸方式時(shí)，需要根據(jù)具體應(yīng)用需求和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行綜合考慮。