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目錄

• • 一、差分信號跟單端信號
  • • • 1、差分信號
      • 2、單端信號
      • 3、比較
  • 二、應用場景
  • • • 1、USB總線
      • 2、Ethernet（以太網）
      • 3、RS485和 RS422
      • 4、CAN Bus
      • 5、PCI-E
      • 6、SATA
      • 7、HDMI
      • 8、LVDS

一、差分信號跟單端信號

1、差分信號

指在兩根線上都傳輸信號，這兩個信號的大小相等，極性相反，這兩根線上傳輸的信號就是差分信號（差模信號），簡單的說就是在同一時間段內，通過比較這兩個電壓的差值來判斷邏輯狀態 “0” 還是 “1” 。

2、單端信號

也叫單端走線；即平常所看到的單一數據線進行傳輸，從物理角度來講，其實并不是只有一條線，它是有參考點的，其參考點是地平面；實際是指用一根信號線和一根地線來傳輸信號。

3、比較

差分信號與傳統的一根信號線一根地線（即單端信號傳輸）走線的做法相比，其優缺點分別是：

優點：

抗干擾能力強。干擾噪聲一般會等值、同時的被加載到兩根信號線上，而其差值為0，即，噪聲對信號的邏輯意義不產生影響。

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

時序定位準確。差分信號的接收端是兩根線上的信號幅值之差發生正負跳變的點，作為判斷邏輯 0/1跳變的點的。而普通單端信號以閾值電壓作為信號邏輯 0/1的跳變點，受閾值電壓與信號幅值電壓之比的影響較大，不適合低幅度的信號。

缺點：

若電路板的面積非常吃緊，單端信號可以只有一根信號線，地線走地平面，而差分信號一定要走兩根等長、等寬、緊密靠近、且在同一層面的線。這樣的情況常常發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。

總結：

差分信號傳輸單端信號傳輸

優點	抗干擾能力強	簡單方便
缺點	傳輸復雜	抗干擾能力差

二、應用場景

在電路板上，差分走線必須是等長、等寬、緊密靠近、且在同一層面的兩根線。與之相關的還有一個蛇形走線，蛇形線是 Layout中經常使用的一類走線方式；其主要目的就是為了調節延時，滿足系統時序設計要求。

那么，差分線，一般應用在哪里呢？

答：一般在 USB 、以太網、PCI-E、SATA、RS485、RS422、HDMI、LVDS、CAN這些會出現。

常用對表示方法有：+/- 、PM/PN 、TXN/TXP

1、USB總線

USB協議定義由兩根差分信號線（D+、D-）傳輸數字信號，若要 USB設備工作穩定差分信號線就必須嚴格按照差分信號的規則來布局布線。

2、Ethernet（以太網）

早期的以太網，其傳輸速率只有幾兆；像 ”1BASE5“ ─ ─ 也稱為星型局域網，速率是 1Mbit/s，在商業上很失敗，但同時也是雙絞線的第一次使用。而一般用到雙絞線的鏈路，基本上都是差分信號傳輸。

3、RS485和 RS422

RS485和 RS422同屬 UART（通用異步收發傳輸器）類屬性，它們只是接口不同。

RS485和 RS422可以從以前的 常用邏輯電平標準總結 這篇可以了解到，它們的邏輯數據表示方式是以 AB兩線間的電壓差來決定其某一時間的邏輯狀態

4、CAN Bus

CAN總線傳輸介質可以是雙絞線，同軸電纜。CAN總線適用于大數據量短距離通信或者長距離小數據量，實時性要求比較高，多主多從或者各個節點平等的現場中使用；其通信距離最遠可達 10KM(速率低于 5Kbps)速率可達到 1Mbps（通信距離小于40M）。

可以通過之前的 CAN總線（Controller Area Network bus）協議（一） 文章去了解其拓撲和設計，就知道為什么使用雙絞線差分傳輸了。

5、PCI-E

這個我們在電腦上見的多了，PCI Express，簡稱 PCI-E，官方簡稱 PCIe，是計算機總線的一個重要分支，它沿用現有的PCI編程概念及信號標準，并且構建了更加高速的串行通信系統標準；PCIe擁有更快的速率，所以幾乎取代了以往所有的內部總線（包括[AGP和PCI）。

要說為什么是差分信號傳輸呢，這是由于它需要那超高速的傳輸速率：

那么，我們可以想象，為什么它接口引線設計像下圖這樣：

而不是像以下這樣節省面積呢？

嘛，這就是前面說的，差分信號一定要兩根等長、等寬、緊密靠近，而且它還這么多對。。。

6、SATA

跟上面的 PCI-E差不多，常見于計算機中，是一種電腦總線，負責主板和大容量存儲裝置（如[硬盤及光驅）之間的數據傳輸。

7、HDMI

HDMI是一種全數字化影像和聲音發送接口，可以發送未壓縮的音頻及視頻信號。目前是被設計來取代較舊的模擬信號影音發送接口如 SCART或 RCA等端子的。

同樣的也是高速率傳輸，而且從引腳定義上看：

嗯嗯，差分傳輸少不了了。

8、LVDS

LVDS全稱 Low-Voltage Differential Signaling，即：低電壓差分信號；如其名字，必是差分信號傳輸。

它是一種電子信號系統，可滿足現今對高性能資料傳輸應用的需求，同時系統供電電壓減低到 2伏特，適用于分辨率高于 SVGA的 TFT LCD顯示設備，目前已得到了廣泛的應用，甚至可以嵌入到 FPGA、ASIC或其他組件身上。也可以從 常用邏輯電平標準總結 這里了解其產生的原因及 PCB常規要求。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的差分传输及其应用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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