<p>为了更快的传输数据，我们能想到的办法除了一次多传输几位数据（增加并行总线的数量）之 外，还有一种办法就是提高单通道的数据传输速率，然而随着单通道速率的提升，信号完整性问题又会变得越来越突出，尤其是串扰以及损耗等问题。为了解决这些问题，一种全新的数据 传输方式应运而生，如图 1 所示，他就是-----差分（差分线、差分互联）。</p>
<img alt="差分（差分线、差分互联）" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="3e0b1295-2ea0-487e-97e9-833489040254" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%B7%AE%E5%88%86%EF%BC%88%E5%B7%AE%E5%88%86%E7%BA%BF%E3%80%81%E5%B7%AE%E5%88%86%E4%BA%92%E8%81%94%EF%BC%89.JPG" />
<p>差分（差分线、差分互联）的主要特点是采样电压取两根电压的差值，如下图所示：</p>
<img alt="采样电压取两根电压的差值" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="8a6fead2-c93e-42e3-af42-61f1d972a57c" src="/sites/default/files/inline-images/%E9%87%87%E6%A0%B7%E7%94%B5%E5%8E%8B%E5%8F%96%E4%B8%A4%E6%A0%B9%E7%94%B5%E5%8E%8B%E7%9A%84%E5%B7%AE%E5%80%BC.JPG" />
<p>我们知道 V1 和 V2 相对于他们公共的地都有一个单端电压。信号接收端关注的是这两根线的 电压差，那么使用这种传输方式到底有什么优点？</p>
<p>差分线优点 1：差分驱动总的 dI/dt 会比单端信号线上大幅降低，从而减小了潜在的电磁干扰 （EMI）。如下图所示：</p>
<img alt="减小了潜在的电磁干扰" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="deb27dcb-f8e8-4fe6-9a34-e40bbb41fb7e" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%87%8F%E5%B0%8F%E4%BA%86%E6%BD%9C%E5%9C%A8%E7%9A%84%E7%94%B5%E7%A3%81%E5%B9%B2%E6%89%B0.JPG" />
<p>上图中红色和蓝色是单根线电压。紫色的是差分电压。我们可以看到，使用差分方式传输，信 号的电压峰峰值被放大了一倍，但是单根线上的电流却保持不变。如果采用传统的单线传输方 式，单根线的 dI/dt 也会增加一倍，这样更容易造成 EMI 问题。</p>
<p>差分线优点 2：差分信号的值很大程度上与“地”的精确值无关，能很好的抵抗电源的干扰。 就像下面这幅图，差分信号关注的是两根线之间的电压差值，与海平面的高度关系不大。</p>
<img alt="差分线优点" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="774109b3-3a04-448a-a0c4-29971f147f9d" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE4_1.JPG" />
<p>我们还是通过仿真来验证下，如下图 5 所示：</p>
<p>如下图所示，左边是理想 GND 时的单端与差分信号波形，右边是地平面存在波动的时候的单 端信号与差分信号。</p>
<img alt="通过仿真来验证" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="488fa0a9-8a1a-4d90-aa56-c09d6a11bb56" src="/sites/default/files/inline-images/%E9%80%9A%E8%BF%87%E4%BB%BF%E7%9C%9F%E6%9D%A5%E9%AA%8C%E8%AF%81.JPG" />
<p>如下图所示，左边是理想 GND 时的单端与差分信号波形，右边是地平面存在波动的时候的单 端信号与差分信号。</p>
<img alt="差分信号波形" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="40ce8e3e-f897-437a-8397-b76c12471809" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%B7%AE%E5%88%86%E4%BF%A1%E5%8F%B7%E6%B3%A2%E5%BD%A2.JPG" />
<p>可以清楚的看到，单端信号受到“地”的干扰很大。但是这些干扰经过差分之后就被抵消了。 差分对抗外部电磁干扰的原理也是一样，这也就是我们常说的：差分形式传播，在返回路径中 对付串扰和突变的鲁棒性更好。</p>
<p>差分线优点 3：差分对内每根信号都有自己的返回路径，能够减轻信号跨分割带来的影响。单 根线和差分线跨分割分别会怎样？我们还是来验证一下。在仿真的时候，我们让单线和差分对 线长都为 1inch，使用普通 Fr4 板材，来看看跨分割对信号的影响。</p>
<img alt="图7-8" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="2a116159-803a-44f4-aaa3-8facc4816403" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE7-8.JPG" />
<p>由上图可知，单线跨分割对传输线的影响很大，差分线对跨分割就不是那么敏感，主要原因就 是，差分对两线可以互为参考，两根线可以相互作为返回路径。</p>
<p>以上三点就是本人理解的差分线最明显的优点，这些优点奠定了串行信号稳定传输的基础。当 然，差分信号也存在一些缺点，最大的缺点就是与单端信号传输相比，差分互连需要两倍数量 的信号线。再者，如果差分信号不对称，会产生潜在的 EMI，这些问题都会在后续的文章中做 详细的分析。</p>
<p>文章转载自：<a href="http://www.edadoc.com/upload/pdf/Article-1079.pdf">一博科技</a></p>