差分信号示意图
今天和大家聊一聊本人对差分信号的理解：
差模信号主要由一个正向信号，以及一个靠非门绕X轴镜像翻转的信号构成，两个信号传输至接收端会通过误差放大器使信号做差值（有效地倍增信号电平V±（V-）），传输过程中的共模噪声经过误差放大器会相互抵消，从而恢复得到完整的信号。 差分电路在低压信号的应用中是非常有益的。如果信号电平非常低，或者如果信噪比是个问题，差分信号和差分放大器通常用于信号电平非常低的系统的输入级。
举例：假如我们有一个模拟信号通过差分对连接到数字器件，就不用担心跨越电源边界，平面不连续等等问题。差分器件的电源分割也更容易处理。
差分放大器
如下是运放基本工作原理的典型电路—差分放大电路
使用上图进行分析（想要仿真链接的兄弟可在评论区留言）
（1）由虚短可知：V1=Vx，V2=Vy；
（2）由虚断可知：放大器基本没有输入电流，因此可将R1、R2、R3看作串联，流过电流相同，可得：I=(Vx-Vy)/R2；I=(V3-V4)/(R1+R2+R3)，即V3-V4=(V1-V2)(R1+R2+R3)/R2;
（3）由虚断知，流过R4与流过R5的电流相等，若R4=R5，则Vout-V5=V5-V3，得V5= (Vout+V3)/2 ；同理流过R6与流过R7的电流相等，且当R6=R7时V6=0.5V4；
（4）由虚短可知：V5=V6，综合步骤（3）得出Vout=V4-V3；
(5)联立(2)(4)得Vout=(V2-V1)(R1+R2+R3)/R2;
所以(R1+R2+R3)/R2即成为V1、V2差值的放大倍数/增益，由上图知设计的差分放大器放大倍数为(1000+1000+10)/10=201;V2-V1=0.1V;因此Vout理论值为20.1V，由图得仿真结果为20.059V。
虚短：分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。
虚断：分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性 称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-788964.html
差分信号的优缺点
优点：（1）因为在控制“基准”电压，所以能够很容易地识别小信号。在一个地做基准，单端信号方案的系统里，测量信号的精确值依赖系统内地的一致性。信号源和信号接收器距离越远，他们局部地的电压值之间有差异的可能性就越大。从差分信号恢复的信号值在很大程度上与地的精确值无关，而在某一范围内。
（2）抗干扰能力强：干扰噪声一般会等值同时的被加载到两根信号线上，而其差值为0。噪声对信号的逻辑意义不产生影响。
（3）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，同时他们的信号极性相反，其电磁场场将相互抵消。（4）时序定位准确：差分信号的接受端是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或1跳变的点的。而普通单端信号以阈值电压作为信号0或1的跳变点，受阈值电压与信号振幅电压之比的影响较大，不适合低幅度信号。
缺点：如果电路板的面积非常紧张，单端信号可以只有一根信号线，地线走地半面，而差分信号一定要走两根等长、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，只能穿过一条走线的情况下。
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