PCB技術 - 差動信号線の定義と利点

エー 差動信号 2つの物理量の違いを表す数値を使用する. 厳密に言えば, すべての電圧信号は差動である, つの電圧が他の電圧と比較できるだけであるので. いくつかのシステムで, システム'グラウンド'は電圧基準点として使われる. 「接地」は電圧測定基準として使用される, この信号計画をシングルエンドと呼ぶ. 信号が単一の導体上の電圧によって表されるので、この用語を使用する.

他方、差動信号は2つの導体に作用する。信号値は、2つの導体間の電圧差である。非常に必要ではないが、これら2つの電圧の平均値は常に同じままである。微分信号の比喩を作る方法を使いましょう。差信号はシーソーで2人のようです。人が持ち上げられるとき、もう一方は持ち去られます、しかし、彼らの平均位置は同じままです。シーソーのアナロジーを続けて、肯定的な値は、左側の人が右側の人よりも高いことを示すことができますが、負の値は、右側の人が左の人よりも高いことを示します。0は、両方の人が同じレベルにあることを意味します。

図1シーソーによって表される差動信号

電気に適用されて、これらの2つのシーソーはV +とV -とラベルされる一対のワイヤーによって表されます。V＋＞V−であるとき、信号は正の信号として定義される

図2差動信号波形とシングルエンド等価

図2において、差動対のスイングの平均電圧は2.5 Vに設定される。対の各々のシグナルが0 - 5 Vの振幅に制限されるときに、差動対を相殺することは信号振幅の最大範囲を提供する。単一の5 V電源で動作するとき、この状況はしばしば発生する。

シングルエンド信号の代わりに差動信号を使用する場合、1つのワイヤを交換するために一対のワイヤを使用し、それに関連したインターフェース回路の複雑さが増加する。したがって、複雑性とコストの増加を正当化するために、どのような具体的な利点が差動信号を与えるのか？

差動信号の最初の利点は、'参照'電圧を制御しているので、簡単に小さな信号を識別することができます。接地参照およびシングルエンド信号方式を有するシステムでは、測定信号の正確な値は、システムの「グラウンド」の整合性に依存する。信号源と信号受信機とが遠いほど、ローカル接地電圧値の差の可能性は大きい。差動信号から取り出された信号値は、「グランド」の正確な値とは独立しているが、ある範囲内にある。

差動シグナリングの第2の主要な利点は、それが外部電磁干渉（EMI）に非常に免疫があるということである。干渉源は、差動信号対の各端部にほぼ同じ程度に影響する。電圧差が信号値を決定するので、2つの導体に生じるいかなる類似した干渉も無視される。干渉に対してより敏感でないことに加えて、差動信号はシングルエンド信号よりも少ないEMIを発生する。

第三の恩恵 差動シグナリング is that in a single-supply system, 容易に、そして、正確に、「バイポーラ」信号を処理することは、可能です. シングルエンドに対処するために, 単一供給システムのバイポーラ信号, we must establish a virtual ground at an arbitrary voltage (usually the midpoint) between the ground and the mains. 正の信号を表すために、仮想接地より高い電圧を使用する, そして、負の信号を表すために仮想グランドより低い電圧. 次, 仮想土地はシステム全体に正しく分配されなければならない. For 差動信号s, このような仮想グラウンドの必要はない, これにより、仮想接地の安定性に頼らずに、高い精度でバイポーラ信号を処理し、伝播させることができる.