简述差分信号介绍

所有上面的讨论都假定了：所使用的信号为单端信号。换句话说，所有它们的形成和接收都是相对于0V而言的（有时也会使用某些其他参考电压来代替0V）。但是由于SI和EMC的原因，越来越多的时钟和通信信号要求使用差分信号传送（比如USB2.0、Firewire、Ethernet、PCI Ex_- press）。LVDS（低电压差分信号。有时也称为，小振幅差分信号）技术变得越来越普及。PCI Express LVDS驱动器具有的上升/下降时间大约为100ps。

差分信号传播使用极性相反的信号来驱动两个导体。使用差分互连接的现实结果是获得了较好的SI和较低的发射。与此同时，也还增加了抗扰度，以及形成了较低电平的地和限值反弹噪声。

严格地说，在一个理想化的环境中，在驱动器和接收器的参考面之间不需要任何电气上的连接（但在工程实践中，这样的连接会帮助我们降低由阻抗所引起的共模发射。下面我们还要就这个问题做进一步的讨论）。图2-5-25所示为两个差分信号传播的例子。第一个例子是一个典型的数字差分信号的传播。它使用了两个单端信号：两者幅值相同，极性相反。有时会在信号名上分别标有+和-符号来表示两者为一个差分对。而不太使用在它们中的一个上面划一个横杠来表示。有时也采用诸如对称或平衡这样的名称来表示差分传输信号。

图2-5-25 差分传输线的两个原理图

数字元器件和运算放大器仅能处理在有限电压范围以内的信号。这主要是受制于它们的电源限值。使差分信号以0V为参考可以确保信号保持在器件的最佳运行范围内。在任何实际的差分信号传播设计中，公共0V参考面连接为非平衡所引起的共模电流提供了就近的返回通路。(www.xing528.com)

作为单端的信号起始和终止的地方，我们还需要有器件将它们转换为差分信号，并在电路中的某个地方再转换回来。在实际应用中，如动圈话筒、铂电阻温度计和偶极子等，它们本身就直接产生差分信号。采用差分信号传输的数字和模拟IC，可以内置单端到差分转换器电路（反之亦然）。在图2-5-25中所示的另一个技术是使用一个变压器来完成模式间的转换（请参阅传输线匹配一节的内容）。

当沿着一个差分信号的传播导体的传输延迟超过信号的上升时间的一半时（t_p≥t _r/2），为了获得良好的SI和EMC性能，要求使用一个差分传输线。这和前面小节所讨论的信号一样。但有些较为谨慎的设计工程师往往会推荐采用（t_p≥t_r/3）。但为了保证具有良好的EMC性能，我们推荐采用（t_p≥t_r/8）。如图2-5-26中所示，可以根据需要在PCB上或其内部构成许多不同种类的差分传输线。

图2-5-26 在PCB上构成的众多种类的差分传输线的一些例子

在前面有关小节中，用于单端信号传输线的讨论也都完全适用于差分传输线。但是为了充分发挥差分传输线的所有优势，有几个附加的考虑必须予以重视。下面将分别对它们进行讨论。