差分傳輸是一種信號傳輸?shù)募夹g(shù),區(qū)別于傳統(tǒng)的一根信號線一根地線的做法,差分傳輸在這兩根線上都傳輸信號,這兩個信號的振幅相同,相位相反。在這兩根線上的傳輸?shù)男盘柧褪遣罘中盘枴?BR>
信號接收端比較這兩個電壓的差值來判斷發(fā)送端發(fā)送的邏輯狀態(tài),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,這兩根線上傳輸?shù)男盘柧褪遣罘中盘?差模信號)。優(yōu)點是抗干擾能力強,缺點是電路比單端傳輸?shù)膹?fù)雜,一般在高速信號中, 其電壓幅度比較低, 像MIPI DSI規(guī)范低速振幅=1200mv, 而高速振幅=200mv, 所以采用上面的單端走線的話抗干擾能力實在太差了, 因此高速(低振幅)大部分是使用差分信號。如下圖
差分放大電路有差模和共模兩種基本輸入信號,那么什么是共模信號呢?當(dāng)兩輸入端所接信號大小相等,極性相反時,稱為差模輸入信號;當(dāng)兩輸入端所接信號大小相等、極性相同時,稱為共模信號。
實際應(yīng)用中,溫度的變化各種環(huán)境噪聲的影響時共模噪聲,也稱為對地噪聲,指的是兩根線分別對地的噪聲。差分放大電路時直接耦合放大電路的基本組成單元,對于共模信號起到很強的抑制作用,未對差模信號起到放大租用,并且電路的放大能力與輸出方式有關(guān)。
為了提高信號在高速率、長距離情況下傳輸?shù)目煽啃裕蟛糠指咚俚臄?shù)字串行總線都會采用差分信號進(jìn)行信號傳輸。差分信號是用一對反相的差分線進(jìn)行信號傳輸,發(fā)送端采用差分的發(fā)送器,接收端相應(yīng)采用差分的接收器。下圖是個差分線的傳輸模型及真實的差分PCB走線。
采用差分傳輸方式后,由于差分線對里正負(fù)信號的走線是緊密耦合在一起的,所以外界噪聲對于兩根信號線的影響是一樣的。而在接收端,由于其接收器是把正負(fù)信號相減的結(jié)果做為邏輯判決的依據(jù),因此即使信號線上有嚴(yán)重的共模噪聲或者地電平的波動,對于最后的邏輯電平判決影響很小。相對于單端傳輸方式,差分傳輸方式的抗干擾、抗共模噪聲能力大大提高。下圖是一個差分傳輸對共模噪聲抑制的一個例子。
采用差分方式進(jìn)行信號傳輸會使得收發(fā)端的電路變得復(fù)雜,系統(tǒng)的功耗也隨之上升,但是由于其優(yōu)異的抗干擾能力以及可靠的傳輸特性,使得差分傳輸方式在需要進(jìn)行高速數(shù)字信號的傳輸或者惡劣工作環(huán)境的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,如LVDS、PCI-E、SATA、USB、HDMI、1394、CAN、Flexray等總線都是采用差分的信號傳輸方式。
訊號傳輸模式其實很簡單差模信號通過一對信號線來傳輸。一個信號線上傳輸我們通常所理解的信號;另一個信號線上則傳輸一個等值而方向相反(至少在理論上是這樣)的信號。差分和單端模式最初出現(xiàn)時差異不大,因為所有的信號都存在回路。單端模式的信號通常經(jīng)由一個零電壓的電路(或者稱為地)來返回。差分信號中的每一個信號都要通過地電路來返回。由于每一個信號對實際上是等值而反向的,所以返回電路就簡單地互相抵消了,因此在零電壓或者是地電路上就不會出現(xiàn)差分信號返回的成分, 共模方式是指信號出現(xiàn)在一個(差分)信號線對的兩個信號線上,或者是同時出現(xiàn)在單端信號線和地上。對這個概念的理解并不直觀,因為很難想象如何產(chǎn)生這樣的信號。這主要是因為通常我們并不生成共模信號的緣故。共模信號絕大多數(shù)都是根據(jù)假想情況在電路中產(chǎn)生或者由鄰近的或外界的信號源耦合進(jìn)來的噪聲信號。共模信號幾乎總是“有害的”,許多設(shè)計規(guī)則就是專為預(yù)防共模信號出現(xiàn)而設(shè)計的。
差模信號與共模信號的轉(zhuǎn)化傳輸線中不僅存在傳播信息的差模信號,還有不傳播信息的共模信號,理想情況是不存在相互轉(zhuǎn)化的,但是理想很豐滿,現(xiàn)實很骨感。差模信號與共模信號的轉(zhuǎn)化是由于差分傳輸線不對稱造成的,造成不對稱的原因很多,差分傳輸線的長度差像拐角、差分傳輸線由于刻蝕差異造成傳輸線特性阻抗不同、兩個傳輸線的差異性耦合、臨近效應(yīng)、終端差異,彎曲等等都可能是造成差模信號與共模信號的轉(zhuǎn)化。這種轉(zhuǎn)化我們可以理解為兩條傳輸線的延遲是不同的,當(dāng)信號在傳輸線上傳播由于到達(dá)終端的延遲是不同的,一個早一些到達(dá),這樣就會產(chǎn)生相位差,將部分差模信號轉(zhuǎn)化成共模信號。轉(zhuǎn)化的為共模信號的多少由信號頻率、傳輸線的長度、兩條傳輸線上的信號時延差所決定的。
在小信號進(jìn)行長距離的傳輸時,為了盡量減小干擾,一般都是使用的差分信號的方式進(jìn)行傳輸。差分信號需要用兩根信號線進(jìn)行傳輸,最常見的應(yīng)用就是生活中的雙絞線了。