差分信号和单端信号

差分信号

         差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相反。在这两根线上的传输的信号就是差分信号。信号接收端比较这连个个电压的差值来判断发送端发送的是逻辑0还是逻辑1。在电路板上，差分走线必须是等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的两根线。

         差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。差分信号又称差模信号，是相对共模信号而言的。

         从严格意思上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。在某些系统里，系统'地'被用作电压基准点。把'地'当作电压测量基准时，这种信号规划被称之为单端的。我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。 另一方面，一个差分信号作用在两个导体上。信号值是两个导体间的电压差。尽管不是非常必要，这两个电压的平均值还是会经常保持一致。我们用一个方法对差分信号做一下比喻，差分信号就好比是跷跷板上的两个人，当一个人被跷上去的时候，另一个人被跷下来了 - 但是他们的平均位置是不变的。继续跷跷板的类推，正值可以表示左边的人比右边的人高，而负值表示右边的人比左边的人高。0 表示两个人都是同一水平。 图1 用跷跷板表示的差分信号 应用到电学上，这两个跷跷板用一对标识为V+和V-的导线来表示。

         可以想象，这两个导体上被同时加入的一个相等的电压，也就是所谓的共模信号，对一个差分放大系统来说是没有作用的，也就是说，尽管一个差分放大器的输入有效信号幅度只需要几毫伏，但它却可以对一个高达几伏特的共模信号无动于衷。这个指标叫做差分放大器的共模抑制比，一般的运算放大器可以达到90db以上，高精度运放甚至可达120db。因为干扰信号一般是以共模信号的形式存在，所以差分信号的应用极大地提高了放大器系统的信噪比。

优点

         当不采用单端信号而采用差分信号方案时，我们用一对导线来代替单根导线，增加了任何相关接口电路的复杂性，那么差分信号有什么益处呢，才能证明复杂性和成本的增加是值得的呢？？？

         第一、因为控制基准电压，所以能够很容易的识别小信号。在一个地做基准，单端信号方案的系统里面，测量信号的精度值依赖系统内“地”的一致性。信号源和信号接收器距离越远，他们局部地电压值时间有差异的可能性就越大。从差分信号恢复的信号值在很大程度上与“地”的精确度值无关，而在某一范围内。

         第二、它对外部电磁干扰是高度免疫的。一个干扰源几乎相同程度地影响差分信号对的梅一段。差分信号比单端信号生成的电磁干扰还要少。

         第三、在一个单电源系统，能够从容精确地处理双极信号。为了处理单端，单系统的双极信号，我们必须在地和电源干线之间某任意电压处（通常是）建立一个。用高于虚地的电压来表示信号，低于虚地的电压来表示信号。接下来，必须把虚地正确地分布到整个系统里。而对于差分信号，不需要这样一个虚地，这就使我们处理和传播双极信号有一个高真度，而无须依赖虚地的稳定性。

作用

         对差分信号而言，对其影响最大的因素是他们的对地阻抗是否一致，也就是对地平衡度，他们之间相对的阻抗影响并不特别重要，之间分布电容大了只会衰落信号强度，不会引入噪声和干扰，也就是对信噪比不会产生很大的影响。

         差分信号只是使用两根信号线传输一路信号，依靠信号间电压差进行判决的电路，即可以是模拟信号，也可以是数字信号。实际的信号都是模拟信号，数字信号只是模拟用门限点评量化后的取样结果。因此差分信号对于数据和模拟信号都可以定义。

         一个差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。

         差分传输的信号能够对外部干扰起到很强的抗干扰能力。

与单端信号比较

         差分信号与传统的一根信号线一根地线（即单端信号）走线的做法相比，其优缺点分别是：

　 优点

    1、抗干扰能力强。干扰噪声一般会等值、同时的被加载到两根信号线上，而其差值为0，即，噪声对信号的逻辑意义不产生影响。

　　2、能有效抑制电磁干扰（EMI）。由于两根线靠得很近且信号幅值相等，这两根线与地线之间的耦合电磁场的幅值也相等，同时他们的信号极性相反，其电磁场将相互抵消。因此对外界的电磁干扰也小。

　　3、时序定位准确。差分信号的接受端是两根线上的信号幅值之差发生正负跳变的点，作为判断逻辑0/1跳变的点的。而普通单端信号以阈值电压作为信号逻辑0/1的跳变点，受阈值电压与信号幅值电压之比的影响较大，不适合低幅度的信号。

缺点

若电路板的面积非常紧张，单端信号可以只有一根信号线，地线走地平面，而差分信号一定要走两根等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的线。这样的情况常常发生在芯片的管脚间距很小，以至于只能穿过一根走线的情况下。

单端信号

               单端信号是相对于差分信号而言的，单端输入指信号有一个参考端和一个信号端构成，参考端一般为地端，差分是将单端信号进行差分变换，输出两个信号，一个和原信号同相，一个和原信号反相。差分信号有较强的抗共模干扰能力，适合较长距离传输，单端信号则没有这个功能。信号传输到接收端后，可以再将差分信号转变为单端信号。