差分信号与单端信号走线的基本概念和区别

严格意义上来说，所有的电压信号都是“差分”的，因为一个电压总是相对另一个电压而言。但大部分情况下，我们会把“地”作为电压基准点，从而测得另一个电压值，这种信号被称为单端信号。由于是和“地”做比较，单端信号在PCB上的表现通常只有一根导线。

差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相差180度。在这两根线上传输的信号就是差分信号。

差分信号在PCB上的表现会有两根导线。来源一般有两种：1.传导干扰(传导噪声)：主要就是地端电位不稳定带来干扰，地端电位如果发生抖动，那地端与信号线间的电压就会不稳定也就是共模电压不稳定，即产生了共模干扰。若两根线上的共模干扰电压不一致，则会使这两根信号线的差值发生抖动，引起差模干扰。常将信号线做成双绞线(差分输入)的原因就是让两根信号线的空间位置相对接近，使它们的共模干扰电压一致从而尽可能的消除差模干扰;2.空间耦合干扰(辐射噪声)：空间中变化的电磁场在信号线上产生电压带来共模和差模干扰。

优点：1.抗干扰能力强：干扰噪声一般会等值、同时的被加载到两根信号线上，而其差值为0，即，噪声对信号的逻辑电平不产生影响;2.能有效抑制电磁干扰(EMI)：由于两根线靠得很近且信号幅值相等，这两根线与地线之间的耦合电磁场的幅值也相等，同时他们的信号极性相反，其电磁场将相互抵消，因此对外界的电磁干扰也小;3.时序定位准确：差分信号的接收端是两根线上的信号幅值之差发生正负跳变的点作为判断逻辑0/1跳变点的。而普通单端信号以阈值电压作为信号逻辑0/1的跳变点，受阈值电压与信号幅值电压之比的影响较大，不适合低幅度的信号。

缺点：若电路板的面积非常紧张，单端信号可以只有一根信号线，地线走地平面，而差分信号一定要走两根等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的线。这样的情况常常发生在芯片的管脚间距很小，以至于只能穿过一根走线的情况下。

差分信号与单端信号走线的基本概念和区别如下‌：

单端信号走线

单端信号是指使用一根信号线和一根参考线(通常是地线)进行信号传输。单端信号的参考端是地端，信号通过计算信号端口和地端的电平差来获取。单端信号的优点是简单、成本低，适合低频信号传输。然而，单端信号的抗干扰能力较差，容易受到外界噪声的影响‌12。

差分信号走线

差分信号传输技术使用两根线同时传输信号，这两根线的信号振幅相等但相位相反。差分信号的接收端通过比较这两根线上信号的差值来判断逻辑状态。差分信号的优点包括：

‌抗干扰能力强‌：由于两根线上的信号相互耦合，外界噪声会同时影响两根线，因此差分信号对共模噪声具有很好的抑制作用。

‌能有效抑制电磁干扰(EMI)‌：两根信号线极性相反，它们对外辐射的电磁场可以相互抵消，减少对外部环境的干扰。

‌时序定位准确‌：差分信号的开关变化位于两个信号的交点，受工艺和温度影响小，适合低幅度信号的电路‌12。

应用场景和优缺点比较

‌单端信号‌适用于低频信号传输，成本低，布线简单。缺点是抗干扰能力差，容易受到外界噪声的影响。

‌差分信号‌适用于高频信号传输，抗干扰能力强，能有效抑制EMI，时序定位准确。缺点是需要两根等长、等宽、紧密靠近的走线，布线复杂且成本较高‌12。

差分信号和普通的单端信号走线相比，最明显的优势体现在以下三个方面：

抗干扰能力强，因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被最大程度抵消。

能有效的抑制EMI，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量也越少。

时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。目前流行的LVDS就是指这种小振幅差分信号技术。

差分信号与单端信号的区别

单端信号指的是用一个线传输的信号，一根线没参考点怎么会有信号呢?参考点就是地啊。也就是说，单端信号是在一跟导线上传输的与地之间的电平差。那么当你把信号从A点传递到B点的时候，有一个前提就是A点和B点的地电势应该差不多是一样的。

差分信号指的是用两根线传输的信号，传输的是两根信号之间的电平差。当你把信号从A点传递到B点的时候，A点和B点的地电势可以一样也可以不一样，但是A点和B点的地电势差有一个范围，超过这个范围就会出问题了。

一个差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。在某些系统里，系统地被用作电压基准点。当地当作电压测量基准时，这种信号规划被称之为单端的。我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。

另一方面，一个差分信号作用在两个导体上。信号值是两个导体间的电压差。尽管不是非常必要，这两个电压的平均值还是会经常保持一致。我们用一个方法对差分信号做一下比喻，差分信号就好比是跷跷板上的两个人，当一个人被跷上去的时候，另一个人被跷下来了 - 但是他们的平均位置是不变的。继续跷跷板的类推，正值可以表示左边的人比右边的人高，而负值表示右边的人比左边的人高。0 表示两个人都是同一水平。这两个跷跷板用一对标识为V+和V-的导线来表示。当V+》V-时，信号定义成正极信号，当V+《V-时，信号定义成负极信号。