為什么使用差分信號

差分信號是一種在電子和通信系統(tǒng)中廣泛使用的信號傳輸方式，它通過比較兩個電信號之間的差異（電壓差）來傳遞信息。與單端信號不同，后者只參考一個單一的電位，差分信號依賴于一對導(dǎo)線上的電壓差。這兩個電信號通常是互補(bǔ)的，也就是說當(dāng)一個信號上升時，另一個下降。

差分信號的關(guān)鍵優(yōu)點在于其對共模干擾（如電磁干擾EMI和射頻干擾RFI）的抵抗力。這種抗干擾性主要來自以下兩個方面：

1.差分信號的兩個導(dǎo)體通常被絞合在一起（例如雙絞線），這使得任何外部干擾都會同時影響這兩根導(dǎo)線，由于是同時作用，因此它們的影響在接收端會被相減消除，從而保持了信號的完整性。

2. 由于信息是由兩個信號線之間的電壓差來表示的，因此即使存在一些不確定性或噪聲，只要它們對兩個信號線的影響相似，那么這種影響就會被抵消。

使用差分信號的另一個重要原因是它們在處理低電平信號時的有效性。由于差分信號可以很好地抑制噪聲，它們允許系統(tǒng)設(shè)計者在有較高噪聲的環(huán)境中使用較低的電壓水平，這有助于降低功耗并提高系統(tǒng)的集成度。

此外，差分信號還提供了更好的時序精度。在數(shù)字電路中，時鐘信號經(jīng)常以差分形式發(fā)送，以確保觸發(fā)邊緣的準(zhǔn)確性，因為差分信號不易受到單個導(dǎo)體上動態(tài)變化的干擾。

差分信號還支持更寬的共模范圍（CMR），這意味著接收器可以接受一個較寬范圍的共模電壓而不會丟失數(shù)據(jù)。這一點對于接口設(shè)計和系統(tǒng)級互聯(lián)尤為重要。

然而，差分信號也有其局限性。例如，它們需要更多的物理導(dǎo)線（至少兩根），這可能會增加布線的復(fù)雜性和成本。在某些情況下，如果設(shè)計不當(dāng)，差分信號也可能產(chǎn)生比單端信號更大的電磁干擾。

在實際應(yīng)用中，從計算機(jī)內(nèi)部總線到長距離通信鏈路，差分信號都得到了廣泛應(yīng)用。例如，USB、以太網(wǎng)、串行線協(xié)議（Serial Line Internet Protocol，SLIP）和許多其他的數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)都采用了差分信號技術(shù)。

總結(jié)來說，差分信號之所以受到青睞，主要是因為它們能夠提供更強(qiáng)的抗干擾能力、更低的輻射噪音、更好的時序性能和更高的信號完整性。盡管它們的物理布線需求可能更高，但在許多需要高可靠性和高速度數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用中，這些額外的成本和復(fù)雜性是值得的。