一個(gè)差分信號是用一個(gè)數值來(lái)表示兩個(gè)物理量之間的差異。從嚴格意義上來(lái)講，所有電壓信號都是差分的，因為一個(gè)電壓只能是相對于另一個(gè)電壓而言的。在某些系統里，系統'地'被用作電壓基準點(diǎn)。當'地'當作電壓測量基準時(shí)，這種信號規劃被稱(chēng)之為單端的。我們使用該術(shù)語(yǔ)是因為信號是用單個(gè)導體上的電壓來(lái)表示的。
另一方面，一個(gè)差分信號作用在兩個(gè)導體上。信號值是兩個(gè)導體間的電壓差。盡管不是非常必要，這兩個(gè)電壓的平均值還是會(huì )經(jīng)常保持一致。我們用一個(gè)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(gè)人，當一個(gè)人被蹺上去的時(shí)候，另一個(gè)人被蹺下來(lái)了 - 但是他們的平均位置是不變的。繼續蹺蹺板的類(lèi)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(gè)人都是同一水平。
應用到電學(xué)上，這兩個(gè)蹺蹺板用一對標識為V+和V-的導線(xiàn)來(lái)表示。當V+>V-時(shí)，信號定義成正極信號，當V+<V-時(shí)，信號定義成負極信號。
圖2 差分對圍繞擺動(dòng)的平均電壓設置成 2.5V。當該對的每個(gè)信號都限制成 0-5V 振幅時(shí)，偏移該差分對會(huì )提供一個(gè)信號擺動(dòng)的最大范圍。當用單一 5V 電源操作時(shí)，經(jīng)常就會(huì )出現這種情況。
當不采用單端信號而采取差分信號方案時(shí)，我們用一對導線(xiàn)來(lái)替代單根導線(xiàn)，增加了任何相關(guān)接口電路的復雜性。那幺差分信號提供了什幺樣的有形益處，才能證明復雜性和成本的增加是值得的呢？
差分信號的第一個(gè)好處是，因為你在控制'基準'電壓，所以能夠很容易地識別小信號。在一個(gè)地做基準，單端信號方案的系統里，測量信號的精確值依賴(lài)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(wú)關(guān)，而在某一范圍內。
差分信號的第二個(gè)主要好處是，它對外部電磁干擾（EMI）是高度免疫的。一個(gè)干擾源幾乎相同程度地影響差分信號對的每一端。既然電壓差異決定信號值，這樣將忽視在兩個(gè)導體上出現的任何同樣干擾。除了對干擾不大靈敏外，差分信號比單端信號生成的 EMI 還要少。
差分信號提供的第三個(gè)好處是，在一個(gè)單電源系統，能夠從容精確地處理'雙極'信號。為了處理單端，單電源系統的雙極信號，我們必須在地和電源干線(xiàn)之間某任意電壓處（通常是中點(diǎn)）建立一個(gè)虛地。用高于虛地的電壓來(lái)表示正極信號，低于虛地的電壓來(lái)表示負極信號。接下來(lái)，必須把虛地正確地分布到整個(gè)系統里。而對于差分信號，不需要這樣一個(gè)虛地，這就使我們處理和傳播雙極信號有一個(gè)高逼真度，而無(wú)須依賴(lài)虛地的穩定性。
圖2 差分信號波形和單端等價(jià)
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