差分信号的概念
差分信号,英文名称为differential Signal,是现在很常见的传输方式,在PCB板子上很容易见到。
它使用两条传输线路,传输变化幅度相等,相位反相的两路信号,两路信号通常还会有一个相等的直流电平。
和单端信号相比,差分信号可以大幅度提高信号传输过程中的抗干扰能力。因为环境噪声或者干扰信号会同时影响到两路差分信号,而因为在接收端,响应的是两路信号的差值,对共模噪声有抑制作用,所以这些噪声或者干扰在接收端会抵消。如下图所示。
差分信号的优缺点
差分信号具有以下优点:
(1) 抗干扰能力强。
这点上面也有提及,即共模噪声或者干扰信号,都会同时施加到两根信号线上,其差值为0。差分系统的接收端只对信号之间的差值响应,所以噪声不会对差分信号产生影响。
(2) 减少对外界的干扰。
因为两路差分线靠的很近,且信号幅值相等,相位相反,所以两者产生的电磁场有一部分会相互抵消,减少对外界的干扰。
(3) 时序定位准确。
差分信号是以两路信号幅值之差发生正负跳变的点作为判别依据的,而单端信号是以阈值电压作为判别依据的。所以差分信号适合低幅度的传输。
比如,常用到差分接口信号LVDS,其信号幅度范围为250mV~400mV,常用到的LVCMOS接口信号,一般幅度为1.8V或者3.3V。
差分信号也有如下缺点:
(1) 差分信号与单端信号相比,要多走一根线,增加了PCB的面积。
(2) 布线的时候,对两根线的对称性要求很高,否则会降低噪声抑制的效果。
(3) 测试的时候,也要比单端信号的测试繁琐。
差分信号的实现
那怎样把单端信号变成差分信号呢,最简单的方法,就是用变压器,如下图所示。这也是ADC前端经常用到的电路拓扑结构。
参考文献:
[1] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B7%AE%E5%88%86%E4%BF%A1%E5%8F%B7
[2] 微电子基础