技术文章

差分信号简介及应用

概述

差分信号(Differential Signalling)是指两根线上振幅相同，相位相反的信号。区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分信号在这两根线上都传输信号(如下图1所示)。接收器通过比较这两个电压的差值来判断发送端发送的逻辑状态：逻辑0还是逻辑1。

差分信号又称差模信号，是相对共模信号而言的。从严格意义上来说，所有的信号都是差分信号，因为所有电压都是相对于另一个电压而言的，一般都是相对于GND。承载差分信号的导体对可以为双绞线、扁平电缆(ribbon cable)或印制电路板(PCB)上的走线。

图 1 差分信号传输原理

优点

1、抗干扰能力强。干扰噪声一般都会等值、同时地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意义不产生影响。
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，由于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、时序的定位准确。差分信号的接收端是把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，地线走平面层；而差分信号一定要走两份等长、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。

应用注意事项

在运动控制应用中，控制器与伺服驱动器之间的位置指令信号、反馈位置信号一般采用差分信号。差分信号接收器常见的有两种形式：差分接收器、高速光耦。驱动器脉冲指令接口一般有两种模式：差分电路、光耦电路。一般采用光耦输入接口的驱动器在市场上占多数，特别需要注意的是松下A4、A5、A6和台达A2、B2这几款驱动器，内部既包括了差分电路又包括光耦电路两种模式，在使用过程中要特别注意加以区分。

下面重点介绍驱动器脉冲指令接口为差分电路模式时的使用注意事项：

① 控制卡信号输出端的差分电路发出脉冲信号到驱动器的差分电路接收端时(如下图所示)，两个差分电路的参考地需要连接在一起；若驱动器接收端是光耦电路则没有强制要求。