單端信號(hào)與差分信號(hào)到底有什么區(qū)別？

　　一、單端信號(hào)

　　單端信號(hào)是相對(duì)于差分信號(hào)而言的，單端輸入指信號(hào)有一個(gè)參考端和一個(gè)信號(hào)端構(gòu)成，參考端一般為地端。

　　二、差分信號(hào)

　　差分傳輸是一種信號(hào)傳輸?shù)募夹g(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng)的一根信號(hào)線一根地線的做法(單端信號(hào))，差分傳輸在這兩根線上都傳輸信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)的振幅相等，相位相反。在這兩根線上傳輸?shù)男盘?hào)就是差分信號(hào)。

　　三、單端與差分信號(hào)比較

　　差分信號(hào)與單端信號(hào)走線的做法相比，其優(yōu)缺點(diǎn)分別是——

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　1、抗干擾能力強(qiáng)。干擾噪聲一般會(huì)等值、同時(shí)的被加載到兩根信號(hào)線上，而其差值為0，即，噪聲對(duì)信號(hào)的邏輯意義不產(chǎn)生影響。

　　2、能有效抑制電磁干擾(EMI)。由于兩根線靠得很近且信號(hào)幅值相等，這兩根線與地線之間的耦合電磁場(chǎng)的幅值也相等，同時(shí)他們的信號(hào)極性相反，其電磁場(chǎng)將相互抵消。因此對(duì)外界的電磁干擾也小。

　　3、時(shí)序定位準(zhǔn)確。差分信號(hào)的接受端是兩根線上的信號(hào)幅值之差發(fā)生正負(fù)跳變的點(diǎn)，作為判斷邏輯0/1跳變的點(diǎn)的。而普通單端信號(hào)以閾值電壓作為信號(hào)邏輯0/1的跳變點(diǎn)，受閾值電壓與信號(hào)幅值電壓之比的影響較大，不適合低幅度的信號(hào)。

　　缺點(diǎn)：

　　若電路板的面積非常緊張，單端信號(hào)可以只有一根信號(hào)線，地線走地平面，而差分信號(hào)一定要走兩根等長(zhǎng)、等寬、緊密靠近、且在同一層面的線。這樣的情況常常發(fā)生在芯片的管腳間距很小，以至于只能穿過一根走線的情況下。

      四、異同分析

　　1、基本區(qū)別

　　不說理論上的定義，說實(shí)際的。單端信號(hào)指的是用一個(gè)線傳輸?shù)男盘?hào)，一根線沒參考點(diǎn)怎么會(huì)有信號(hào)呢?easy，參考點(diǎn)就是地啊。也就是說，單端信號(hào)是在一跟導(dǎo)線上傳輸?shù)呐c地之間的電平差。那么當(dāng)你把信號(hào)從A點(diǎn)傳遞到B點(diǎn)的時(shí)候，有一個(gè)前提就是A點(diǎn)和B點(diǎn)的地電勢(shì)應(yīng)該差不多是一樣的，為啥說差不多呢，后面再詳細(xì)說。

　　差分信號(hào)指的是用兩根線傳輸?shù)男盘?hào)，傳輸?shù)氖莾筛盘?hào)之間的電平差。當(dāng)你把信號(hào)從A點(diǎn)傳遞到B點(diǎn)的時(shí)候，A點(diǎn)和B點(diǎn)的地電勢(shì)可以一樣也可以不一樣，但是A點(diǎn)和B點(diǎn)的地電勢(shì)差有一個(gè)范圍，超過這個(gè)范圍就會(huì)出問題了。

　　2、傳輸上的差別

　　單端信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)是，省錢、方便。大部分的低頻電平信號(hào)都是使用單端信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)?。一個(gè)信號(hào)一根線，最后，把兩邊的地用一根線一連，完事。缺點(diǎn)在不同應(yīng)用領(lǐng)域暴露的不一樣，歸結(jié)起來，最主要的一個(gè)方面就是，抗干擾能力差。

　　首先說最大的一個(gè)問題，地電勢(shì)差以及地一致性。大家都認(rèn)為地是0V，實(shí)際上，真正的應(yīng)用中地是千奇百怪變化莫測(cè)的一個(gè)東西。比如A點(diǎn)到B點(diǎn)之間，有那么一根線，用來連接兩個(gè)系統(tǒng)之間的地，那么如果這根線上的電流很大時(shí)，兩點(diǎn)間的地電勢(shì)可能就不可忽略了，這樣一個(gè)信號(hào)，從A的角度看起來是1V，從B的角度看起來可能只有0.8V了，這可不是一個(gè)什么好事情，這就是地電勢(shì)差對(duì)單端信號(hào)的影響。

　　接著說地一致性。實(shí)際上很多時(shí)候這個(gè)地上由于電流忽大忽小，布局結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)遠(yuǎn)近近， 地上會(huì)產(chǎn)生一定的電壓波動(dòng)，這也會(huì)影響單端信號(hào)的質(zhì)量。

　　差分信號(hào)在這一點(diǎn)有優(yōu)勢(shì)，由于兩個(gè)信號(hào)都是相對(duì)于地的 ，當(dāng)?shù)仉妱?shì)發(fā)生變化時(shí)，兩個(gè)信號(hào)同時(shí)上下浮動(dòng)(當(dāng)然是理想狀態(tài)下)， 差分兩根線之間的電壓差卻很少發(fā)生變化，這樣信號(hào)質(zhì)量不久高了嗎?其次就是傳輸過程中的干擾，當(dāng)一根導(dǎo)線穿過某個(gè)線圈時(shí)，且這根線圈上通著交流電時(shí)，這根導(dǎo)線上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

　　好簡(jiǎn)單的道理，實(shí)際上工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)遇到的大部分。問題就是這么簡(jiǎn)單，可是你無法抗拒～ 如果是單端信號(hào)，產(chǎn)生多少，就是多少，這就是噪聲你毫無辦法。但是如果是差分信號(hào)，你就可以考慮拉，為啥呢，兩根導(dǎo)線是平行傳輸?shù)模? 每根導(dǎo)線上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不是一樣嗎，兩個(gè)一減，他不久沒了嗎～ 確實(shí)，同樣的情況下，傳輸距離較長(zhǎng)時(shí)，差分信號(hào)具有更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力、更強(qiáng)的抗干擾能力，同樣的，當(dāng)你傳輸?shù)男盘?hào)會(huì)對(duì)其他設(shè)備有干擾時(shí)，差分信號(hào)也比單端信號(hào)產(chǎn)生的信號(hào)相對(duì)小，也就是常說的EMI特性。

　　3、使用時(shí)需要注意的

　　由于差分比單端有不少好處，在模擬信號(hào)傳輸中很多人愿意使用差分信號(hào)，比如橋式應(yīng)變片式力傳感器，其輸出信號(hào)滿量程時(shí)有的也只有2mV，如果使用單端信號(hào)傳輸，那么這個(gè)信號(hào)只要電源的紋波就能把他吃光。所以實(shí)際上，都是用儀表運(yùn)方進(jìn)行放大后，再進(jìn)行處理。而儀表運(yùn)方正是處理差分信號(hào)最有力的幾個(gè)工具之一。

　　但是，使用差分信號(hào)時(shí)，一定要注意一個(gè)問題，共模電壓范圍。也就是說，這兩根線上的電壓，相對(duì)于系統(tǒng)的地，還是不能太大。你傳輸0.1V的信號(hào)沒問題，但是如果一根是 1000.0 另外一根是 1000.1，那就不好玩了，問題在于，在很多場(chǎng)合下使用差分信號(hào)都是為了不讓兩個(gè)系統(tǒng)的地簡(jiǎn)單的共在一起，更不能把差分信號(hào)中的一根直接接在本地系統(tǒng)的地上，那不白費(fèi)勁嗎 —— 又成單端了，那么如何抑制共模電壓呢?

　　其實(shí)也挺簡(jiǎn)單的，將兩根線都通過一個(gè)足夠大的電阻，連接到系統(tǒng)的地上。這就像一根拴在風(fēng)箏上的線，我在地上跑跑跳跳，不會(huì)影響風(fēng)箏的高度 但是你永遠(yuǎn)逃不出我的視線，而我的視線，在電子行業(yè)，叫共模電壓范圍。最后，回答一個(gè)網(wǎng)友的問題：?jiǎn)味宿D(zhuǎn)差分怎么轉(zhuǎn)。單單將單端信號(hào)用反向跟隨器跟隨并不是不行，但是差分信號(hào)被平白的放大了2倍，常見的用儀表運(yùn)方+普通運(yùn)方搭建的單端轉(zhuǎn)差分是個(gè)很好的例子。

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