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技術(shù)專(zhuān)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(shí)，問(wèn)題會(huì )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(gè)問(wèn)題，并提供一些在電路設計中使用這兩種信號類(lèi)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(chǎn)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(jiàn)的信號傳輸方法。第一種方法是單端信令，它涉及信號走線(xiàn)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(tài)至關(guān)重要。接收器將信號電壓與0V導體進(jìn)行比較，以確定其邏輯狀態(tài)。通過(guò)信號走線(xiàn)流向接收器的電流通過(guò)0V導體返回。
同時(shí)，差分信號方法通過(guò)在兩個(gè)導體上發(fā)送一對大小相等但極性相反的信號來(lái)工作。這對導體通常稱(chēng)為“ Data +”和“ Data-”。接收器將比較“ Data +”和“ Data-”以確定信號的邏輯狀態(tài)。
由于差分信號涉及同相和反相信號，因此返回電流會(huì )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(fā)送器和接收器之間連接一個(gè)0V來(lái)確保兩者共享相同的接地差分電勢仍然是一個(gè)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(chǎn)品中使用。但是，它們之間沒(méi)有更多不同。它們不同的一些關(guān)鍵方式是：
EMI磁化率
單端信令在很大程度上依賴(lài)于0V導體以實(shí)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(wú)法很好地工作。
差分信號通過(guò)將同相信號與反相信號進(jìn)行比較來(lái)工作。接收器通過(guò)感測一個(gè)邏輯邏輯狀態(tài)是否大于另一個(gè)邏輯邏輯狀態(tài)來(lái)確定邏輯狀態(tài)。因此，它不易受到地面噪聲的影響。EMI耦合通常會(huì )同時(shí)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(shí)，單端走線(xiàn)有變成EMI輻射源的風(fēng)險。差分信號不存在相同的問(wèn)題，因為兩個(gè)信號的反相特性會(huì )產(chǎn)生相互抵消的電磁場(chǎng)。
成本
實(shí)現單端信令的成本較低。您可以有多對信號跡線(xiàn)共享一條0V導線(xiàn)。差分信號需要每個(gè)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(shí)現起來(lái)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(wǎng)，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(cháng)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(guò)雙絞線(xiàn)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(cháng)度相等且彼此靠近的差分信號。
當您處理單端信號時(shí)，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(xiàn)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(xiàn)下方有一個(gè)內部接地層，以實(shí)現短返回路徑。
為了使差分信號能夠繼承我們已經(jīng)討論過(guò)的優(yōu)勢，您需要確保反相信號和同相信號并排路由。兩條走線(xiàn)必須共享相同的長(cháng)度，以防止傳播延遲。