差分信号传输-Toy模板网

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前言

随着信号传输速率的提升，差分信号得到越来越广泛的运用，例如：LVDS、P2P等典型差分互连接口，目前基本所有的高速信号均使用了差分互连。

一、差分传输

差分信号：Vp&Vn沿着各自传输线传输，到达Rx时，Rx对Vp-Vn进行差分检测，提取相关信息，该差值信号称为差分信号。
如下图，差分信号使用两条线来传输信号，理想情况下具有如下特点：
①两个信号边沿对齐；
②两个信号翻转方向相反；

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差分信号表示为：
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非理想情况Rx端除了能检测到Vdiff外，还能感受到共模信号Vcom：

因为有效信息由差分信号来决定，而共模信号的存在无疑会对差分信号造成干扰。理想的差分放大器，可以使Vcom=0，衡量这一特性的参数叫共模抑制比CMRR（放大器对差模信号的电压放大倍数/对共模信号的电压放大倍数），CMRR越大，放大器性能越好。

二、差分信号LVDS(Low voltage differential signal)

下面以LVDS差分信号为例来说明差分信号的传输特点：
理想情况下，差分驱动器以1.25v为中心，摆幅为【100mv，600mv】，假设差分信号以1.25v为中心值，摆幅为400mv，则Vdiff的高电平为400mv，低电平为-400mv，画出相关波形如下：
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LVDS差分接收器每个引脚允许的输入电压在0_{2.4v之间，故若Vdiff的摆幅为400mv，则接收端的共模电压在0.2}2.2v之间，均能正常接收信息。接收端RX仅关注Vdiff，即Vp-Vn的差值，所以允许的共模电压较大，因为共模电压仅引起Vp与Vn的整体漂移，

三、差分走线

通常差分信号是高速信号（个人平时接触的有几百Mbps/s、及几Gbps的），满足高速设计规则。
部分规则如下：
①差分线在PCB走线时尽量确保有一样的阻抗，布线长度一致（长度差保持5mil及以下）；
②差分线间的距离在任何一个位置保持不变；
③一般需要耦合处理（即2根线在PCB设计时紧挨着）；

四、差分信号传输优势

①对参考电位差异有很强的适应能力，允许的参考点电位偏差较大；单端传输若参考电平差异较大，可能造成高低判别失败。
②提升信号传输能力；
③抗电磁干扰能力增强，对任何同样的干扰，只要在接收器的限度内，干扰将极大程度上被减小（对于共模信号，几乎同时被耦合相同的程度，对于差分信号，外界噪声几乎被完全抵消），相比单单传输，抗EMI能力更强。
④时序定位精确。差分信号开关变化位于两个信号的交点（单端信号依据阈值电压判断），受工艺、温度影响小，能降低时序上的误差；