淺談差分處理和信號分析

差分線是PCB設計中非常重要的一部分信號線，信號處理要求也是相當嚴謹，今天為大家介紹下差分信號的原理以及其在PCB設計中的處理方法。

什么是差分信號

差分傳輸是一種信號傳輸的技術，區別于傳統的一根信號線一根地線的做法，差分傳輸在這兩根線上都傳輸信號，這兩個信號的振幅相等，相位相差180度，極性相反。在這兩根線上傳輸的信號就是差分信號。

差分信號與單端信號的區別

單端信號指的是用一個線傳輸的信號，一根線沒參考點怎么會有信號呢？參考點就是地啊。也就是說，單端信號是在一跟導線上傳輸的與地之間的電平差。那么當你把信號從A點傳遞到B點的時候，有一個前提就是A點和B點的地電勢應該差不多是一樣的。

差分信號指的是用兩根線傳輸的信號，傳輸的是兩根信號之間的電平差。當你把信號從A點傳遞到B點的時候，A點和B點的地電勢可以一樣也可以不一樣，但是A點和B點的地電勢差有一個范圍，超過這個范圍就會出問題了。

一個差分信號是用一個數值來表示兩個物理量之間的差異。從嚴格意義上來講，所有電壓信號都是差分的，因為一個電壓只能是相對于另一個電壓而言的。在某些系統里，系統地被用作電壓基準點。當地當作電壓測量基準時，這種信號規劃被稱之為單端的。我們使用該術語是因為信號是用單個導體上的電壓來表示的。

另一方面，一個差分信號作用在兩個導體上。信號值是兩個導體間的電壓差。盡管不是非常必要，這兩個電壓的平均值還是會經常保持一致。我們用一個方法對差分信號做一下比喻，差分信號就好比是蹺蹺板上的兩個人，當一個人被蹺上去的時候，另一個人被蹺下來了 - 但是他們的平均位置是不變的。繼續蹺蹺板的類推，正值可以表示左邊的人比右邊的人高，而負值表示右邊的人比左邊的人高。0 表示兩個人都是同一水平。這兩個蹺蹺板用一對標識為V+和V-的導線來表示。當V+>V-時，信號定義成正極信號，當V+

差分信號的優點

優點一，相對于單端信號，差分信號減小了潛在的電磁干擾（EMI）。使用差分方式傳輸，信號的電壓峰峰值會被放大了一倍，但是單根線上的電流卻保持不變。如果采用傳統的單線傳輸方式，在驅動相同的信號時，更容易造成EMI問題。

優點二，差分信號的值很大程度上與“地”的精確值無關，能很好的抵抗電源的干擾。在一個地做基準，單端信號方案的系統里，測量信號的精確值依賴系統內地的一致性。信號源和信號接收器距離越遠，他們局部地的電壓值之間有差異的可能性就越大。從差分信號恢復的信號值在很大程度上與地的精確值無關，而在某一范圍內。假如兩條信號都收到同樣的（同向、等幅度）的干擾信號，由于接收端是對接收的兩條線信號進行減法處理，因此干擾信號會被基本抵消。也就是說，一個差分放大器的輸入有效信號幅度只需要幾毫伏，但是它卻能夠對一個高達幾伏特的共模信號無動于衷。

優點三，差分對內每根信號都有自己的返回路徑，能夠減輕信號跨分割帶來的影響。單線跨分割對傳輸線的影響很大，差分線對跨分割就不是那么敏感，主要原因就是，差分對兩線可以互為參考，兩根線可以相互作為返回路徑。

差分信號在做pcb設計時的處理方法

一般我們在做PCB設計時，習慣的硬件命名上，會在差分信號的信號名尾部加“+”和“-”或者“P”和“N”作為標識，大家可以通過命名來識別差分信號。常規的差分信號處理方法是：

1、 差分信號走線要耦合處理，就是2根信號線在PCB設計時是緊挨著的，不允許分開走線，如下圖示。

2、一對差分信號的2根信號線之間需要做等長處理，等長范圍為5mil，等長不需要做到更小，有仿真驗證，等長范圍做到5mil以下（1mil）并不能對信號質量有很大提升。等長處理的位置選擇在產生長度誤差的地方，等長需要做小波浪處理。如下圖示。