差分信号的概念和优缺点

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。

审核编辑：汤梓红