差分傳(chuan) 輸是一種信號傳(chuan) 輸的技術,區別於(yu) 傳(chuan) 統的一根信號線一根地線的做法,差分傳(chuan) 輸在這兩(liang) 根線上都傳(chuan) 輸信號,這兩(liang) 個(ge) 信號的振幅相同,相位相反。在這兩(liang) 根線上的傳(chuan) 輸的信號就是差分信號。
信號接收端比較這兩(liang) 個(ge) 電壓的差值來判斷發送端發送的邏輯狀態,在電路板上,差分走線必須是等長、等寬、緊密靠近、且在同一層麵的兩(liang) 根線,這兩(liang) 根線上傳(chuan) 輸的信號就是差分信號(差模信號)。優(you) 點是抗幹擾能力強,缺點是電路比單端傳(chuan) 輸的複雜,一般在高速信號中, 其電壓幅度比較低, 像MIPI DSI規範低速振幅=1200mv, 而高速振幅=200mv, 所以采用上麵的單端走線的話抗幹擾能力實在太差了, 因此高速(低振幅)大部分是使用差分信號。如下圖
差分放大電路有差模和共模兩(liang) 種基本輸入信號,那麽(me) 什麽(me) 是共模信號呢?當兩(liang) 輸入端所接信號大小相等,極性相反時,稱為(wei) 差模輸入信號;當兩(liang) 輸入端所接信號大小相等、極性相同時,稱為(wei) 共模信號。
實際應用中,溫度的變化各種環境噪聲的影響時共模噪聲,也稱為(wei) 對地噪聲,指的是兩(liang) 根線分別對地的噪聲。差分放大電路時直接耦合放大電路的基本組成單元,對於(yu) 共模信號起到很強的抑製作用,未對差模信號起到放大租用,並且電路的放大能力與(yu) 輸出方式有關(guan) 。
為(wei) 了提高信號在高速率、長距離情況下傳(chuan) 輸的可靠性,大部分高速的數字串行總線都會(hui) 采用差分信號進行信號傳(chuan) 輸。差分信號是用一對反相的差分線進行信號傳(chuan) 輸,發送端采用差分的發送器,接收端相應采用差分的接收器。下圖是個(ge) 差分線的傳(chuan) 輸模型及真實的差分PCB走線。
采用差分傳(chuan) 輸方式後,由於(yu) 差分線對裏正負信號的走線是緊密耦合在一起的,所以外界噪聲對於(yu) 兩(liang) 根信號線的影響是一樣的。而在接收端,由於(yu) 其接收器是把正負信號相減的結果做為(wei) 邏輯判決(jue) 的依據,因此即使信號線上有嚴(yan) 重的共模噪聲或者地電平的波動,對於(yu) 最後的邏輯電平判決(jue) 影響很小。相對於(yu) 單端傳(chuan) 輸方式,差分傳(chuan) 輸方式的抗幹擾、抗共模噪聲能力大大提高。下圖是一個(ge) 差分傳(chuan) 輸對共模噪聲抑製的一個(ge) 例子。
采用差分方式進行信號傳(chuan) 輸會(hui) 使得收發端的電路變得複雜,係統的功耗也隨之上升,但是由於(yu) 其優(you) 異的抗幹擾能力以及可靠的傳(chuan) 輸特性,使得差分傳(chuan) 輸方式在需要進行高速數字信號的傳(chuan) 輸或者惡劣工作環境的領域得到了廣泛的應用,如LVDS、PCI-E、SATA、USB、HDMI、1394、CAN、Flexray等總線都是采用差分的信號傳(chuan) 輸方式。
訊號傳(chuan) 輸模式其實很簡單差模信號通過一對信號線來傳(chuan) 輸。一個(ge) 信號線上傳(chuan) 輸我們(men) 通常所理解的信號;另一個(ge) 信號線上則傳(chuan) 輸一個(ge) 等值而方向相反(至少在理論上是這樣)的信號。差分和單端模式最初出現時差異不大,因為(wei) 所有的信號都存在回路。單端模式的信號通常經由一個(ge) 零電壓的電路(或者稱為(wei) 地)來返回。差分信號中的每一個(ge) 信號都要通過地電路來返回。由於(yu) 每一個(ge) 信號對實際上是等值而反向的,所以返回電路就簡單地互相抵消了,因此在零電壓或者是地電路上就不會(hui) 出現差分信號返回的成分, 共模方式是指信號出現在一個(ge) (差分)信號線對的兩(liang) 個(ge) 信號線上,或者是同時出現在單端信號線和地上。對這個(ge) 概念的理解並不直觀,因為(wei) 很難想象如何產(chan) 生這樣的信號。這主要是因為(wei) 通常我們(men) 並不生成共模信號的緣故。共模信號絕大多數都是根據假想情況在電路中產(chan) 生或者由鄰近的或外界的信號源耦合進來的噪聲信號。共模信號幾乎總是“有害的”,許多設計規則就是專(zhuan) 為(wei) 預防共模信號出現而設計的。
差模信號與(yu) 共模信號的轉化傳(chuan) 輸線中不僅(jin) 存在傳(chuan) 播信息的差模信號,還有不傳(chuan) 播信息的共模信號,理想情況是不存在相互轉化的,但是理想很豐(feng) 滿,現實很骨感。差模信號與(yu) 共模信號的轉化是由於(yu) 差分傳(chuan) 輸線不對稱造成的,造成不對稱的原因很多,差分傳(chuan) 輸線的長度差像拐角、差分傳(chuan) 輸線由於(yu) 刻蝕差異造成傳(chuan) 輸線特性阻抗不同、兩(liang) 個(ge) 傳(chuan) 輸線的差異性耦合、臨(lin) 近效應、終端差異,彎曲等等都可能是造成差模信號與(yu) 共模信號的轉化。這種轉化我們(men) 可以理解為(wei) 兩(liang) 條傳(chuan) 輸線的延遲是不同的,當信號在傳(chuan) 輸線上傳(chuan) 播由於(yu) 到達終端的延遲是不同的,一個(ge) 早一些到達,這樣就會(hui) 產(chan) 生相位差,將部分差模信號轉化成共模信號。轉化的為(wei) 共模信號的多少由信號頻率、傳(chuan) 輸線的長度、兩(liang) 條傳(chuan) 輸線上的信號時延差所決(jue) 定的。
在小信號進行長距離的傳(chuan) 輸時,為(wei) 了盡量減小幹擾,一般都是使用的差分信號的方式進行傳(chuan) 輸。差分信號需要用兩(liang) 根信號線進行傳(chuan) 輸,最常見的應用就是生活中的雙絞線了。