差分信号是一种用于传输电子信号的技术，通过两根互补的导线（通常称为“正线”和“负线”）来传递信息。其核心原理是通过检测两根线之间的电压差（而非单根线对地的电压）来判断信号的状态。这种设计使其在抗干扰和高速传输方面表现优异。
工作原理
1. 互补信号：
发送端将原始信号分为两个相反的版本（例如，正线电压为`+V`，负线则为`-V`）。接收端通过比较两根线的电压差（如`+V - (-V) = 2V`）来识别逻辑状态（如高电平“1”或低电平“0”）。
2. 抗干扰机制：
当外部干扰（如电磁噪声）同时作用于两根线时，两者的电压会同步增减（共模噪声）。由于接收端只关心两者的差值，这种共模干扰会被自动抵消，从而保证信号完整性。
核心优点
- 抗干扰性强：共模噪声抑制能力强，适合嘈杂环境（如工业设备、长距离传输）。
- 低电磁辐射：两根线的电流方向相反，磁场相互抵消，减少对其他设备的干扰。
- 高速传输：电压摆幅较小（仅依赖差值），允许更高的切换速率，适用于USB、HDMI等高速接口。
典型应用场景
- 高速数据传输：如USB 3.0、HDMI、以太网（双绞线）、PCI Express。
- 工业控制：RS-485、CAN总线等在电机、传感器等易受干扰环境中的通信。
- 差分放大器：用于精密仪器（如心电图机）中提取微弱信号。
与单端信号的区别
- 单端信号：仅用一根线传输，以地为参考。易受噪声影响，适合短距离、低速场景（如GPIO控制LED）。
- 差分信号：双线传输，依赖差值。抗噪能力强，适合高速、长距离或复杂电磁环境。
实现关键点
- 平衡布线：两根线需尽量等长、平行且紧密耦合（如双绞线），以确保干扰均匀作用。
- 共模抑制比（CMRR）：接收端电路需具备高CMRR，进一步滤除残留共模噪声。
示例比喻：
想象两个人同时报告温度变化。若外界温度波动相同，两人报告的温差（如“A比B高2℃”）仍准确，而单个人报告的温度可能受干扰。差分信号类似这种“相对比较”，可靠性更高。
总结：差分信号通过双线互补传输和差值检测，在复杂环境中实现了稳定高效的数据传输，是现代电子系统中不可或缺的技术。
加地球领学习资料。