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差分信號(hào)簡(jiǎn)介及應(yīng)用

概述

差分信號(hào)(Differential Signalling)是指兩根線(xiàn)上振幅相同，相位相反的信號(hào)。區(qū)別于傳統(tǒng)的一根信號(hào)線(xiàn)一根地線(xiàn)的做法，差分信號(hào)在這兩根線(xiàn)上都傳輸信號(hào)(如下圖1所示)。接收器通過(guò)比較這兩個(gè)電壓的差值來(lái)判斷發(fā)送端發(fā)送的邏輯狀態(tài)：邏輯0還是邏輯1。

差分信號(hào)又稱(chēng)差模信號(hào)，是相對(duì)共模信號(hào)而言的。從嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，所有的信號(hào)都是差分信號(hào)，因?yàn)樗须妷憾际窍鄬?duì)于另一個(gè)電壓而言的，一般都是相對(duì)于GND。承載差分信號(hào)的導(dǎo)體對(duì)可以為雙絞線(xiàn)、扁平電纜(ribbon cable)或印制電路板(PCB)上的走線(xiàn)。

圖 1 差分信號(hào)傳輸原理

優(yōu)點(diǎn)

1、抗干擾能力強(qiáng)。干擾噪聲一般都會(huì)等值、同時(shí)地被加載到兩根信號(hào)線(xiàn)上，而其差值為0，即噪聲對(duì)信號(hào)的邏輯意義不產(chǎn)生影響。
2、能有效抑制電磁干擾（EMI）。由于兩根線(xiàn)靠得很近且信號(hào)幅值相等，這兩根線(xiàn)與地線(xiàn)之間的耦合電磁場(chǎng)的幅值也相等，由于他們的信號(hào)極性相反，其電磁場(chǎng)將相互抵消，因此對(duì)外界的電磁干擾也小。
3、時(shí)序的定位準(zhǔn)確。差分信號(hào)的接收端是把兩根線(xiàn)上的信號(hào)幅值之差發(fā)生正負(fù)跳變的點(diǎn)作為判斷邏輯0/1跳變點(diǎn)的。而普通單端信號(hào)以閾值電壓作為信號(hào)邏輯0/1的跳變點(diǎn)，受閾值電壓與信號(hào)幅值電壓之比的影響較大，不適合低幅度的信號(hào)。

缺點(diǎn)

若電路板的面積非常緊張，單端信號(hào)可以只有一根信號(hào)線(xiàn)，地線(xiàn)走平面層；而差分信號(hào)一定要走兩份等長(zhǎng)、等寬、緊密靠近且在同一層面的線(xiàn)。這樣的情況常常發(fā)生在芯片的管腳間距很小，以至于只能穿過(guò)一根走線(xiàn)的情況下。

應(yīng)用注意事項(xiàng)

在運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用中，控制器與伺服驅(qū)動(dòng)器之間的位置指令信號(hào)、反饋位置信號(hào)一般采用差分信號(hào)。差分信號(hào)接收器常見(jiàn)的有兩種形式：差分接收器、高速光耦。驅(qū)動(dòng)器脈沖指令接口一般有兩種模式：差分電路、光耦電路。一般采用光耦輸入接口的驅(qū)動(dòng)器在市場(chǎng)上占多數(shù)，特別需要注意的是松下A4、A5、A6和臺(tái)達(dá)A2、B2這幾款驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)部既包括了差分電路又包括光耦電路兩種模式，在使用過(guò)程中要特別注意加以區(qū)分。

下面重點(diǎn)介紹驅(qū)動(dòng)器脈沖指令接口為差分電路模式時(shí)的使用注意事項(xiàng)：

① 控制卡信號(hào)輸出端的差分電路發(fā)出脈沖信號(hào)到驅(qū)動(dòng)器的差分電路接收端時(shí)(如下圖所示)，兩個(gè)差分電路的參考地需要連接在一起；若驅(qū)動(dòng)器接收端是光耦電路則沒(méi)有強(qiáng)制要求。