PCB科技 - 差動訊號線的定義和優點

A. 差分訊號 使用數值表示兩個物理量之間的差异. 嚴格地說, 所有電壓訊號均為差分訊號, 因為一個電壓只能相對於另一個電壓. 在某些系統中, 系統“接地”用作電壓參考點. 當“接地”用作電壓量測基準時, 此訊號規劃稱為單端. 我們使用這個術語是因為訊號由單個導體上的電壓表示.

另一方面，差分訊號作用於兩個導體上。 訊號值是兩個導體之間的電壓差。 雖然不是很必要，但這兩個電壓的平均值將始終保持不變。 讓我們用一種方法來隱喻差异訊號。 差分訊號就像兩個人在蹺蹺板上。 當一個人被舉起時，另一個人被舉起，但他們的平均位置保持不變。 繼續蹺蹺板的類比，正值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表示兩個人處於同一級別。

圖1蹺蹺板表示的差分訊號

應用於電，這兩個蹺蹺板由一對標記為V+和V-。 當V+>V-，訊號被定義為正訊號

圖2差分訊號波形和單端等效電路

圖2差分對擺動周圍的平均電壓設定為2.5V。 當對中的每個訊號限制在0-5V振幅時，偏移差分對將提供最大範圍的訊號擺動。 使用單個5V電源工作時，經常會出現這種情況。

當使用差分訊號而不是單端訊號時，我們使用一對導線來代替一根導線，這新增了任何相關介面電路的複雜性。 那麼，差分信令提供了什麼有形的好處來證明複雜性和成本的新增是合理的呢？

差分訊號的第一個好處是，您可以輕鬆識別小訊號，因為您可以控制“參攷”電壓。 在具有接地基準和單端訊號方案的系統中，量測訊號的精確值取決於系統中“接地”的一致性。 信號源和訊號接收器距離越遠，其本地接地電壓值之間存在差异的可能性越大。 從差分訊號恢復的訊號值在很大程度上獨立於“接地”的精確值，但在一定範圍內。

差分訊號的第二個主要優點是它對外部電磁干擾（EMI）高度免疫。 干擾源對差分訊號對的每一端的影響程度幾乎相同。 由於電壓差决定訊號值，囙此將忽略兩條導線上發生的任何類似干擾。 除了對干擾不太敏感外，差分訊號產生的EMI也比單端訊號少。

第3項福利由 差分訊號 is that in a single-supply system, 可以輕鬆而精確地處理“雙極”訊號. 為了處理單端, 單電源系統雙極訊號, we must establish a virtual ground at an arbitrary voltage (usually the midpoint) between the ground and the mains. 使用高於虛擬接地的電壓表示正極訊號, 以及低於虛擬接地的電壓，以表示負訊號. 下一個, 虛擬土地必須正確分配給整個系統. 對於 差分訊號s, 沒有必要建立這樣一個虛擬場地, 這使我們能够以高精度處理和傳播雙極訊號，而不依賴於虛擬接地的穩定性.