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技術專題
探索單端和差分信號之間的差異
信號很容易因噪聲而受損并在接收端失真。當您在遠距離傳輸信號時，問題會更加嚴重。因此，您應該堅持使用單端信號還是選擇差分信號？我們將詳細探討這個問題，并提供一些在電路設計中使用這兩種信號類型的設計技巧。
什么是單端和差分信號？
差分信號通信的示例。
在電子產品中，數字信號由從一端傳輸到另一端的電脈沖組成。有兩種常見的信號傳輸方法。第一種方法是單端信令，它涉及信號走線和0V參考地。
對于單端信號，0V參考對于接收器轉換信號處于邏輯高電平還是低電平狀態至關重要。接收器將信號電壓與0V導體進行比較，以確定其邏輯狀態。通過信號走線流向接收器的電流通過0V導體返回。
同時，差分信號方法通過在兩個導體上發送一對大小相等但極性相反的信號來工作。這對導體通常稱為“ Data +”和“ Data-”。接收器將比較“ Data +”和“ Data-”以確定信號的邏輯狀態。
由于差分信號涉及同相和反相信號，因此返回電流會自行抵消。因此，在接收器中不需要使用0V導體作為參考。但是，在發送器和接收器之間連接一個0V來確保兩者共享相同的接地差分電勢仍然是一個好主意。
單端和差分信號之間有什么區別？
差分信號不太容易受到EMI的影響。
單端和差分信號通常在電子產品中使用。但是，它們之間沒有更多不同。它們不同的一些關鍵方式是：
EMI磁化率
單端信令在很大程度上依賴于0V導體以實現可靠的接收。它很容易受到接地噪聲或耦合到信號導體的EMI的影響。因此，單端信號不適用于低級信令，因為它們在低信噪比（SNR）下無法很好地工作。
差分信號通過將同相信號與反相信號進行比較來工作。接收器通過感測一個邏輯邏輯狀態是否大于另一個邏輯邏輯狀態來確定邏輯狀態。因此，它不易受到地面噪聲的影響。EMI耦合通常會同時影響“ Data +”和“ Data-”導體，從而抵消了干擾的影響。
EMI輻射
傳輸高速信號時，單端走線有變成EMI輻射源的風險。差分信號不存在相同的問題，因為兩個信號的反相特性會產生相互抵消的電磁場。
成本
實現單端信令的成本較低。您可以有多對信號跡線共享一條0V導線。差分信號需要每個信號導體數量的兩倍。不管是在PCB板上還是電纜上，差分信號都占用更多空間，并且實現起來成本更高。
傳輸速度和距離
差分信號的噪聲容忍度和更高的SNR使它們比單端信號更適合于處理高速傳輸。以太網，USB和CAN是使用差分信號的高速通信的示例。
差分信號對于長距離信令也很理想，因為它們的信號降級最小。例如，RS-485能夠通過雙絞線傳輸高達4,000英尺的數據。
單端和差分信號的設計技巧
路由一對長度相等且彼此靠近的差分信號。
當您處理單端信號時，確保其不受串擾和EMI的影響就成為重中之重。避免將高種子信號走線放置在其他人（尤其是模擬人）附近。另外，請確保信號在導體附近具有低阻抗返回路徑。理想情況下，您需要在信號走線下方有一個內部接地層，以實現短返回路徑。
為了使差分信號能夠繼承我們已經討論過的優勢，您需要確保反相信號和同相信號并排路由。兩條走線必須共享相同的長度，以防止傳播延遲。