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本帖最后由 阿杨 于 2019-12-25 13:27 编辑 4 y, b5 N( M+ D% y
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什么是差分? e- Y9 A# ^7 `5 n' o/ P
3 @+ N- u4 l, y2 [* i/ }/ I驱动端发送两个大小相等,方向相反的信号,接收端会有一个相减器,比较这两信号的差值,来判断逻辑位是0 或是1,承载差分信号的那一对走线,即称为差分走线,或差动对。
图 1. 差动对 ; G l! v" S1 v/ ]3 U
上图是差动对示意图。两个大小相同,方向相反的信号,分别在两个导体上传输,其两信号的差,即为差分信号。用数学式表示 : 如果用跷跷板来表示 : 图 2. 跷跷板示意图 1 y* E/ i/ r1 p$ q
( H8 p/ Z9 [( H6 X0 X* k3 t1 n
所谓的正电压跟负电压,都是V1 跟V2比较出来的结果。! M. h' ]4 i0 `, g
这点跟传统的单端信号不一样。单端信号中,所谓的正电压或负电压,是跟GND ( 电位 = 0 ) 比较出来的。上面图1 也可以看成两个单端信号: 图 3. 双绞线 日常生活中常见的双绞线,就是典型的差分信号,但它是立体3D的。该文主要还是针对平面式差动对来做探讨。
: |6 H% ^/ ~/ ~ 为什么要用差分 ? 使用差分信号的第一个好处,就是具错误更正效果 由上图知道,如果在单端信号中有噪声,即VERROR,则会直接进入接收器,严重一点可能会造成逻辑误判。在那些对于时序有很精密要求的系统中,会有很重大的影响。 2 [7 o. t1 d% V/ g
3 m# ?4 _6 G ]+ B; E% ~; f' z图 5. 有噪声的差分信号 由上面式子知道,差分信号为两信号的差,因此图5 中,接收器接收到的信号为
因为正信号跟负信号上的VERROR大小相等,因此上式的差分信号,其VERROR会被消除掉。若以图表示之 : 由图6 可知其差动对的噪声,会透过相减器消除,使输出信号干净无瑕。 U2 C8 W+ K1 H, r W
第二个好处,就是防EMI 干扰,不论是干扰别人或是被别人干扰,都可有效抑止。这也是为什么高速信号一般都用差分信号,以加强其信号完整性,将失真度降到最低。 2 T8 l( ]" i$ f! {- @
图 7. 差分信号之耦合示意图 B 跟C 为差分对,而A 为邻近的信号。在PCB 板面积极为有限的产品,例如手机,A 跟B、C 有可能会靠得很近,在这情况下,A 会把能量耦合到B跟 C,以S 参数表示,A 耦合到B 为SBA ,A 耦合到C 为SCA 。当B 跟C 够紧密时,则SBA = SCA ,而又因为B 跟C 的信号方向相反,所以SBA跟SCA是等量又反向,如此一来, SBA跟SCA会相消,这就是为何差动对可以防止被其他信号干扰之故。
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什时候使用差分? 因此,如果GND 离差分信号太远,其EMI 干扰会变大吗?
9 N1 C! L: U" ~2 O" `答案是会,除非有办法保证差动对的长度,可以完全等长,否则会变成单端信号,如此的话,回路面积加大,其EMI 的干扰会跟着加大。! V7 ~. Z' v n/ \
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