差分信号線的定義和優點

一個差分信号是用一個數值來表示兩個實體量之間的差異。從嚴格意義上來講,所有電壓信号都是差分的,因為一個電壓隻能是相對于另一個電壓而言的。在某些系統裡,系統'地'被用作電壓基準點。當'地'當作電壓測量基準時,這種信号規劃被稱之為單端的。我們使用該術語是因為信号是用單個導體上的電壓來表示的。

另一方面,一個差分信号作用在兩個導體上。信号值是兩個導體間的電壓差。盡管不是非常必要,這兩個電壓的平均值還是會經常保持一緻。我們用一個方法對差分信号做一下比喻,差分信号就好比是跷跷闆上的兩個人,當一個人被跷上去的時候,另一個人被跷下來了 - 但是他們的平均位置是不變的。繼續跷跷闆的類推,正值可以表示左邊的人比右邊的人高,而負值表示右邊的人比左邊的人高。0 表示兩個人都是同一水準

應用到電學上,這兩個跷跷闆用一對辨別為V+和V-的導線來表示。當V+>V-時,信号定義成正極信号,當V+

圖2 差分對圍繞擺動的平均電壓設定成 2.5V。當該對的每個信号都限制成 0-5V 振幅時,偏移該差分對會提供一個信号擺動的最大範圍。當用單一 5V 電源操作時,經常就會出現這種情況。

當不采用單端信号而采取差分信号方案時,我們用一對導線來替代單根導線,增加了任何相關接口電路的複雜性。那麼差分信号提供了什麼樣的有形益處,才能證明複雜性和成本的增加是值得的呢？

差分信号的第一個好處是,因為你在控制'基準'電壓,是以能夠很容易地識别小信号。在一個地做基準,單端信号方案的系統裡,測量信号的精确值依賴系統内'地'的一緻性。信号源和信号接收器距離越遠,他們局部地的電壓值之間有差異的可能性就越大。從差分信号恢複的信号值在很大程度上與'地'的精确值無關,而在某一範圍内。

差分信号的第二個主要好處是,它對外部電磁幹擾（EMI）是高度免疫的。一個幹擾源幾乎相同程度地影響差分信号對的每一端。既然電壓差異決定信号值,這樣将忽視在兩個導體上出現的任何同樣幹擾。除了對幹擾不大靈敏外,差分信号比單端信号生成的 EMI 還要少。

差分信号提供的第三個好處是,在一個單電源系統,能夠從容精确地處理'雙極'信号。為了處理單端,單電源系統的雙極信号,我們必須在地和電源幹線之間某任意電壓處（通常是中點）建立一個虛地。用高于虛地的電壓來表示正極信号,低于虛地的電壓來表示負極信号。接下來,必須把虛地正确地分布到整個系統裡。而對于差分信号,不需要這樣一個虛地,這就使我們處理和傳播雙極信号有一個高*真度,而無須依賴虛地的穩定性。