探索单端和差分(fēn)信号之间的差异

2021-04-06

信号很(hěn)容易因噪声而受损并在接收端失真。当您在遠(yuǎn)距离传输信号时，问题会更加严重。因此，您应该坚持使用(yòng)单端信号还是选择差分(fēn)信号？我们将详细探讨这个问题，并提供一些在電(diàn)路设计中使用(yòng)这两种信号类型的设计技巧。 

什么是单端和差分(fēn)信号？

差分(fēn)信号通信的示例。

在電(diàn)子产品中，数字信号由从一端传输到另一端的電(diàn)脉冲组成。有(yǒu)两种常见的信号传输方法。第一种方法是单端信令，它涉及信号走線(xiàn)和0V参考地。 

对于单端信号，0V参考对于接收器转换信号处于逻辑高電(diàn)平还是低電(diàn)平状态至关重要。接收器将信号電(diàn)压与0V导體(tǐ)进行比较，以确定其逻辑状态。通过信号走線(xiàn)流向接收器的電(diàn)流通过0V导體(tǐ)返回。 

同时，差分(fēn)信号方法通过在两个导體(tǐ)上发送一对大小(xiǎo)相等但极性相反的信号来工作。这对导體(tǐ)通常称為(wèi)“ Data +”和“ Data-”。接收器将比较“ Data +”和“ Data-”以确定信号的逻辑状态。 

由于差分(fēn)信号涉及同相和反相信号，因此返回電(diàn)流会自行抵消。因此，在接收器中不需要使用(yòng)0V导體(tǐ)作為(wèi)参考。但是，在发送器和接收器之间连接一个0V来确保两者共享相同的接地差分(fēn)電(diàn)势仍然是一个好主意。

单端和差分(fēn)信号之间有(yǒu)什么區(qū)别？

差分(fēn)信号不太容易受到EMI的影响。

单端和差分(fēn)信号通常在電(diàn)子产品中使用(yòng)。但是，它们之间没有(yǒu)更多(duō)不同。它们不同的一些关键方式是：

EMI磁化率

单端信令在很(hěn)大程度上依赖于0V导體(tǐ)以实现可(kě)靠的接收。它很(hěn)容易受到接地噪声或耦合到信号导體(tǐ)的EMI的影响。因此，单端信号不适用(yòng)于低级信令，因為(wèi)它们在低信噪比（SNR）下无法很(hěn)好地工作。

差分(fēn)信号通过将同相信号与反相信号进行比较来工作。接收器通过感测一个逻辑逻辑状态是否大于另一个逻辑逻辑状态来确定逻辑状态。因此，它不易受到地面噪声的影响。EMI耦合通常会同时影响“ Data +”和“ Data-”导體(tǐ)，从而抵消了干扰的影响。

EMI辐射

传输高速信号时，单端走線(xiàn)有(yǒu)变成EMI辐射源的风险。差分(fēn)信号不存在相同的问题，因為(wèi)两个信号的反相特性会产生相互抵消的電(diàn)磁场。

成本

实现单端信令的成本较低。您可(kě)以有(yǒu)多(duō)对信号迹線(xiàn)共享一条0V导線(xiàn)。差分(fēn)信号需要每个信号导體(tǐ)数量的两倍。不管是在PCB板上还是電(diàn)缆上，差分(fēn)信号都占用(yòng)更多(duō)空间，并且实现起来成本更高。  

传输速度和距离

差分(fēn)信号的噪声容忍度和更高的SNR使它们比单端信号更适合于处理(lǐ)高速传输。以太网，USB和CAN是使用(yòng)差分(fēn)信号的高速通信的示例。 

差分(fēn)信号对于長(cháng)距离信令也很(hěn)理(lǐ)想，因為(wèi)它们的信号降级最小(xiǎo)。例如，RS-485能(néng)够通过双绞線(xiàn)传输高达4,000英尺的数据。 

单端和差分(fēn)信号的设计技巧

路由一对長(cháng)度相等且彼此靠近的差分(fēn)信号。

当您处理(lǐ)单端信号时，确保其不受串扰和EMI的影响就成為(wèi)重中之重。避免将高种子信号走線(xiàn)放置在其他(tā)人（尤其是模拟人）附近。另外，请确保信号在导體(tǐ)附近具有(yǒu)低阻抗返回路径。理(lǐ)想情况下，您需要在信号走線(xiàn)下方有(yǒu)一个内部接地层，以实现短返回路径。

為(wèi)了使差分(fēn)信号能(néng)够继承我们已经讨论过的优势，您需要确保反相信号和同相信号并排路由。两条走線(xiàn)必须共享相同的長(cháng)度，以防止传播延迟。