差分數據傳輸有什么優勢?

隔離器的主要功能是通過電氣隔離柵傳送某種形式的信息，同時阻止電流。隔離器采用絕緣材料制造，可以阻止電流，隔離柵兩端都有耦合元件。信息通常在傳輸通過隔離柵之前由耦合元件編碼。

ADI公司的iCoupler?數字隔離器使用芯片級微變壓器作為耦合元件，將數據傳輸通過高質量聚酰亞胺隔離柵。iCoupler隔離器中主要使用兩種數據傳輸方法：單端和差分。選擇數據傳輸機制時，需要進行工程設計取舍，以優化所需的終端產品特性。在單端數據傳輸中，我們使用變壓器，初級繞組的一端接地。

輸入信號中的邏輯轉換編碼為脈沖，相對于地面始終為正極性，位于發送器芯片上。這也稱為“一脈沖兩脈沖”，因為上升沿編碼為兩個連續脈沖，而下降沿表示為單個脈沖(請參見圖1頂部)。隔離柵另一端的接收器接收到信號，并確定發送了一個還是兩個脈沖；然后，它將會相應地重構輸出。差分數據傳輸使用真差分方式的變壓器。在此情況下，當檢測到輸入沿時，始終都發送單個脈沖，但脈沖的極性會決定轉換是上升還是下降(圖1底部)。接收器為真差分結構，并根據脈沖極性更新輸出。

單端方法的主要優點之一是低數據速率下的功耗比較低。這是因為差分接收器需要的直流偏置電流多于在單端接收器中使用的CMOS施密特觸發器。然而，差分方法在較高吞吐速率下功耗較低，有兩個原因：驅動電平和脈沖數量。變壓器的驅動電平可以降低，因為接收器只需確定極性，而無需確定存在單個脈沖還是兩個脈沖。單端系統平均每邊沿需要1.5個脈沖，而差分傳輸每邊沿需要1個脈沖(減少了33%)。

減小的驅動電平和較少的脈沖還可以減少射頻輻射。產生輻射的原因是電源中的電流脈沖導致了印刷電路板結構的輻射。由于脈沖較少，而且每個脈沖的能量較低，因而產生的射頻輻射顯著減少。

與單端系統相比，差分傳輸還有另外兩個優勢：傳播延遲和抗擾度。在單端方法中，在創建單個脈沖或兩個脈沖時，必須有特定的時序關系，而且接收器必須分析特定時間窗口內的脈沖。這些要求會對編碼和解碼產生限制，最終限制通過器件的傳播延遲。這進而限制器件能夠達到的總吞吐量。差分方法受到的限制較少，因為它始終使用單個脈沖，因而傳播延遲較低，吞吐量較高。

圖 1.單端與差分數據傳輸

差分接收器能夠可靠地檢測發送器發送的差分信號，還會抑制在隔離系統中普遍存在的無用共模噪聲，導致共模瞬變抗擾度(CMTI)顯著提高。差分接收器還不大容易受到電源噪聲的影響，因而抗擾度較高。光耦合器中使用的LED實質上是單端的，這正是光耦合器的CMTI性能通常較差的原因之一。差分數據傳輸使得iCoupler數字隔離器的性能相對于光耦合器有了顯著提升。

數據傳輸方法也是設計人員優化數字隔離器性能的一個選項。將真差分耦合元件作為iCoupler技術的基礎，可在這一方面提供很高靈活性，這也是光耦合器和容性耦合器件通常無法企及的。