差分信号：高抗噪性与数据速率的传输艺术
差分信号：高抗噪性与数据速率的传输艺术
差分信号技术是一种高效的信号传输方式，其核心原理基于一对信号线，这两个信号线通常被称为正极（+）和负极（-），或者非invert线和invert线。在这对线中，信号是以电压差的形式被传送的，而不是像单端信号那样相对于一个公共参考点（通常是地）的绝对电压。
发送端会将信息编码为两个相关但极性相反的电压信号，即在正极线上产生一个电压上升时，负极线上的电压相应地下降，反之亦然。接收端通过比较这两条线上的电压差来解码原始信号，这样设计有以下几个关键优势：因为差分信号是根据两线之间的相对电压变化来判断信号的，所以许多共模噪声（同时影响两条线的相同干扰）会被自动抵消。例如，电磁干扰（EMI）或地偏移对两线造成的影响趋于一致，通过差分放大器处理后，这些干扰的影响大大降低。
即便是在长距离传输或高速数据率下，差分信号也能较好地保持信号形状，减少了信号的失真和误码率。这是因为信号的判决依据是相对电压，而不是绝对电压水平，这有助于对抗线路的阻抗变化和信号衰减。由于上述的抗干扰和保持信号完整性的特点，差分信号能够支持比单端信号更高的数据传输速率，适用于高速数据通信和高频电路设计。
差分线对可以轻易地被设计成对称的，且易于采用双绞线形式，这不仅进一步增强了抗干扰能力，也便于实施有效的屏蔽措施，适合于嘈杂的电磁环境。差分信号既可以在直流耦合系统中传输直流偏置信号，也可以在交流耦合系统中只传输变化部分，增加了应用的灵活性。
差分信号通过两条线路传输互相反相的信号，外界干扰通常以共模噪声形式同时作用于两线上，接收端通过比较两信号的差值恢复原始信号，因此共模噪声得到有效抵消，大大提高了信号的抗干扰能力。即便在长距离传输和高速数据率下，由于差分信号对噪声的自然免疫力，能保持较低的误码率和信号失真，有利于保持信号的完整性和准确性。
由于差分信号对周围的电磁干扰不敏感，且自身辐射也相对较低，这有助于满足严格的电磁兼容标准，适用于高密度布线和复杂电磁环境。由于其优秀的抗干扰能力和信号完整性，差分信号能够支持更高速的数据传输，适用于高速通信链路，如USB、HDMI、PCI Express等。
差分对允许较大的布线长度差异而不显著影响信号质量，且可通过精心设计的终端匹配来优化信号传输，简化PCB布局和设计复杂度。差分信号系统对地参考的依赖较少，因此对电源噪声的敏感度较低，有助于维持信号的稳定传输。在接收端，差分信号直接兼容差分放大器，这种放大器能进一步增强信号并抑制噪声，非常适合于精密测量和低噪声应用。
本文原文来自eefocus.com