單端信號
單端信號是相對于差分信號而言的，單端輸入指信號有一個(gè)參考端和一個(gè)信號端構成，參考端一般為地端。
差分信號
差分傳輸是一種信號傳輸的技術(shù)，區別于傳統的一根信號線(xiàn)一根地線(xiàn)的做法（單端信號），差分傳輸在這兩根線(xiàn)上都傳輸信號，這兩個(gè)信號的振幅相等，相位相反。在這兩根線(xiàn)上傳輸的信號就是差分信號。
差分與單端信號比較
差分信號與單端信號走線(xiàn)的做法相比，其優(yōu)缺點(diǎn)分別是：
優(yōu)點(diǎn)
1、抗干擾能力強。干擾噪聲一般會(huì )等值、同時(shí)的被加載到兩根信號線(xiàn)上，而其差值為0，即，噪聲對信號的邏輯意義不產(chǎn)生影響。
2、能有效抑制電磁干擾（EMI）。由于兩根線(xiàn)靠得很近且信號幅值相等，這兩根線(xiàn)與地線(xiàn)之間的耦合電磁場(chǎng)的幅值也相等，同時(shí)他們的信號極性相反，其電磁場(chǎng)將相互抵消。因此對外界的電磁干擾也小。
3、時(shí)序定位準確。差分信號的接受端是兩根線(xiàn)上的信號幅值之差發(fā)生正負跳變的點(diǎn)，作為判斷邏輯0/1跳變的點(diǎn)的。而普通單端信號以閾值電壓作為信號邏輯0/1的跳變點(diǎn)，受閾值電壓與信號幅值電壓之比的影響較大，不適合低幅度的信號。
缺點(diǎn)
若電路板的面積非常緊張，單端信號可以只有一根信號線(xiàn)，地線(xiàn)走地平面，而差分信號一定要走兩根等長(cháng)、等寬、緊密靠近、且在同一層面的線(xiàn)。這樣的情況常常發(fā)生在芯片的管腳間距很小，以至于只能穿過(guò)一根走線(xiàn)的情況下。
牛人關(guān)于差分信號與單端信號的精辟點(diǎn)評
一、基本區別
不說(shuō)理論上的定義，說(shuō)實(shí)際的。
單端信號指的是用一個(gè)線(xiàn)傳輸的信號，一根線(xiàn)沒(méi)參考點(diǎn)怎么會(huì )有信號呢？easy，參考點(diǎn)就是地啊。也就是說(shuō)，單端信號是在一跟導線(xiàn)上傳輸的與地之間的電平差。那么當你把信號從A點(diǎn)傳遞到B點(diǎn)的時(shí)候，有一個(gè)前提就是A點(diǎn)和B點(diǎn)的地電勢應該差不多是一樣的，為啥說(shuō)差不多呢，后面再詳細說(shuō)。
差分信號指的是用兩根線(xiàn)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(diǎn)傳遞到B點(diǎn)的時(shí)候，A點(diǎn)和B點(diǎn)的地電勢可以一樣也可以不一樣，但是A點(diǎn)和B點(diǎn)的地電勢差有一個(gè)范圍，超過(guò)這個(gè)范圍就會(huì )出問(wèn)題了。
二、傳輸上的差別
單端信號的優(yōu)點(diǎn)是，省錢(qián)～方便～
大部分的低頻電平信號都是使用單端信號進(jìn)行傳輸的。一個(gè)信號一根線(xiàn)，后，把兩邊的地用一根線(xiàn)一連，完事。缺點(diǎn)在不同應用領(lǐng)域暴露的不一樣，歸結起來(lái)， 主要的一個(gè)方面就是，抗干擾能力差。
首先說(shuō)大的一個(gè)問(wèn)題，地電勢差以及地一致性。大家都認為地是0V，實(shí)際上，真正的應用中地是千奇百怪變化莫測的一個(gè)東西，我想我會(huì )專(zhuān)門(mén)寫(xiě)一些地方面的趣事。比如A點(diǎn)到B點(diǎn)之間，有那么一根線(xiàn)，用來(lái)連接兩個(gè)系統之間的地，那么如果這根線(xiàn)上的電流很大時(shí)，兩點(diǎn)間的地電勢可能就不可忽略了，這樣一個(gè)信號，從A的角度看起來(lái)是1V，從B的角度看起來(lái)可能只有0.8V了，這可不是一個(gè)什么好事情，這就是地電勢差對單端信號的影響。接著(zhù)說(shuō)地一致性。實(shí)際上很多時(shí)候這個(gè)地上由于電流忽大忽小，布局結構遠遠近近， 地上會(huì )產(chǎn)生一定的電壓波動(dòng)，這也會(huì )影響單端信號的質(zhì)量。
差分信號在這一點(diǎn)有優(yōu)勢，由于兩個(gè)信號都是相對于地的 ，當地電勢發(fā)生變化時(shí)，兩個(gè)信號同時(shí)上下浮動(dòng)（當然是理想狀態(tài)下）， 差分兩根線(xiàn)之間的電壓差卻很少發(fā)生變化，這樣信號質(zhì)量不久高了嗎？其次就是傳輸過(guò)程中的干擾，當一根導線(xiàn)穿過(guò)某個(gè)線(xiàn)圈時(shí)，且這根線(xiàn)圈上通著(zhù)交流電時(shí)，這根導線(xiàn)上會(huì )產(chǎn)生感應電動(dòng)勢～～好簡(jiǎn)單的道理，實(shí)際上工業(yè)現場(chǎng)遇到的大部分。問(wèn)題就是這么簡(jiǎn)單，可是你無(wú)法抗拒～ 如果是單端信號，產(chǎn)生多少，就是多少，這就是噪聲你毫無(wú)辦法。但是如果是差分信號，你就可以考慮拉，為啥呢，兩根導線(xiàn)是平行傳輸的， 每根導線(xiàn)上產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢不是一樣嗎，兩個(gè)一減，他不久沒(méi)了嗎～ 確實(shí)，同樣的情況下，傳輸距離較長(cháng)時(shí)，差分信號具有更強的驅動(dòng)能力、更強的抗干擾能力，同樣的，當你傳輸的信號會(huì )對其他設備有干擾時(shí)，差分信號也比單端信號產(chǎn)生的信號相對小，也就是常說(shuō)的EMI特性。
三、使用時(shí)需要注意的
由于差分比單端有不少好處，在模擬信號傳輸中很多人愿意使用差分信號，比如橋式應變片式力傳感器，其輸出信號滿(mǎn)量程時(shí)有的也只有2mV，如果使用單端信號傳輸，那么這個(gè)信號只要電源的紋波就能把他吃光。所以實(shí)際上，都是用儀表運方進(jìn)行放大后，再進(jìn)行處理。而儀表運方正是處理差分信號有力的幾個(gè)工具之一。但是，使用差分信號時(shí)，一定要注意一個(gè)問(wèn)題，共模電壓范圍。也就是說(shuō)，這兩根線(xiàn)上的電壓，相對于系統的地，還是不能太大。你傳輸0.1V的信號沒(méi)問(wèn)題，但是如果一根是 1000.0 另外一根是 1000.1，那就不好玩了，問(wèn)題在于，在很多場(chǎng)合下使用差分信號都是為了不讓兩個(gè)系統的地簡(jiǎn)單的共在一起，更不能把差分信號中的一根直接接在本地系統的地上，那不白費勁嗎--又成單端了，那么如何抑制共模電壓呢？其實(shí)也挺簡(jiǎn)單的，將兩根線(xiàn)都通過(guò)一個(gè)足夠大的電阻，連接到系統的地上。這就像一根拴在風(fēng)箏上的線(xiàn)，我在地上跑跑跳跳，不會(huì )影響風(fēng)箏的高度 但是你永遠逃不出我的視線(xiàn)，而我的視線(xiàn)，在電子行業(yè)，叫共模電壓范圍～～嘿嘿 ， 后，回答一個(gè)網(wǎng)友的問(wèn)題：?jiǎn)味宿D差分怎么轉。單單將單端信號用反向跟隨器跟隨并不是不行，但是差分信號被平白的放大了2倍～～ 常見(jiàn)的用儀表運方+普通運方搭建的單端轉差分是個(gè)很好的例子。
關(guān)于差分的五個(gè)常見(jiàn)誤區
1、認為差分信號不需要地平面作為回流路徑，或者認為差分走線(xiàn)彼此為對方提供回流途徑。造成這種誤區的原因是被表面現象迷惑，或者對高速信號傳輸的機理認識還不夠深入。差分電路對于類(lèi)似地彈以及其它可能存在于電源和地平面上的噪音信號是不敏感的。地平面的部分回流抵消并不代表差分電路就不以參考平面作為信號返回路徑，其實(shí)在信號回流分析上，差分走線(xiàn)和普通的單端走線(xiàn)的機理是一致的，即高頻信號總是沿著(zhù)電感 小的回路進(jìn)行回流， 大的區別在于差分線(xiàn)除了有對地的耦合之外，還存在相互之間的耦合，哪一種耦合強，那一種就成為主要的回流通路.在PCB電路設計中，一般差分走線(xiàn)之間的耦合較小，往往只占 10~20%的耦合度，更多的還是對地的耦合，所以差分走線(xiàn)的主要回流路徑還是存在于地平面。當地平面發(fā)生不連續的時(shí)候，無(wú)參考平面的區域，差分走線(xiàn)之間的耦合才會(huì )提供主要的回流通路，盡管參考平面的不連續對差分走線(xiàn)的影響沒(méi)有對普通的單端走線(xiàn)來(lái)的嚴重，但還是會(huì )降低差分信號的質(zhì)量，增加 EMI，要盡量避免。也有些設計人員認為，可以去掉差分走線(xiàn)下方的參考平面，以抑制差分傳輸中的部分共模信號，但從理論上看這種做法是不可取的，阻抗如何控制？不給共模信號提供地阻抗回路，勢必會(huì )造成 EMI 輻射，這種做法弊大于利。
2、認為保持等間距比匹配線(xiàn)長(cháng)更重要。在實(shí)際的PCB布線(xiàn)中，往往不能同時(shí)滿(mǎn)足差分設計的要求。由于管腳分布，過(guò)孔，以及走線(xiàn)空間等因素存在，必須通過(guò)適當的繞線(xiàn)才能達到線(xiàn)長(cháng)匹配的目的，但帶來(lái)的結果必然是差分對的部分區域無(wú)法平行。PCB 差分走線(xiàn)的設計中 重要的規則就是匹配線(xiàn)長(cháng)，其它的規則都可以根據設計要求和實(shí)際應用進(jìn)行靈活處理。
3、認為差分走線(xiàn)一定要靠的很近。讓差分走線(xiàn)靠近無(wú)非是為了增強他們的耦合，既可以提高對噪聲的免疫力，還能充分利用磁場(chǎng)的相反極性來(lái)抵消對外界的電磁干擾。雖說(shuō)這種做法在大多數情況下是非常有利的，但不是 的，如果能保證讓它們得到充分的屏蔽，不受外界干擾，那么我們也就不需要再讓通過(guò)彼此的強耦合達到抗干擾和抑制 EMI 的目的了。如何才能保證差分走線(xiàn)具有良好的隔離和屏蔽呢？增大與其它信號走線(xiàn)的間距是 基本的途徑之一，電磁場(chǎng)能量是隨著(zhù)距離呈平方關(guān)系遞減的，一般線(xiàn)間距超過(guò)4 倍線(xiàn)寬時(shí)，它們之間的干擾就極其微弱了，基本可以忽略。此外，通過(guò)地平面的隔離也可以起到很好的屏蔽作用，這種結構在高頻的（10G 以上）IC封裝PCB 設計中經(jīng)常會(huì )用采用，被稱(chēng)為CPW結構，可以保證嚴格的差分阻抗控制（2Z0）。
差分走線(xiàn)也可以走在不同的信號層中，但一般不建議這種走法，因為不同的層產(chǎn)生的諸如阻抗、過(guò)孔的差別會(huì )破壞差模傳輸的效果，引入共模噪聲。此外，如果相鄰兩層耦合不夠緊密的話(huà)，會(huì )降低差分走線(xiàn)抵抗噪聲的能力，但如果能保持和周?chē)呔�(xiàn)適當的間距，串擾就不是個(gè)問(wèn)題。在一般頻率（GHz 以下），EMI 也不會(huì )是很?chē)乐氐膯?wèn)題，實(shí)驗表明，相距 500Mils 的差分走線(xiàn)，在3 米之外的輻射能量衰減已經(jīng)達到 60dB，足以滿(mǎn)足 FCC的電磁輻射標準，所以設計者根本不用過(guò)分擔心差分線(xiàn)耦合不夠而造成電磁不兼容問(wèn)題。
4、差分曼切斯特編碼并不是差分信號的一種，它指的是用在每一位開(kāi)始時(shí)的電平跳變來(lái)表示邏輯狀態(tài)“0”，不跳變來(lái)表示邏輯狀態(tài)“1”。但每一位中間的跳變是用來(lái)做同步時(shí)鐘，沒(méi)有邏輯意義。
5、雙絞線(xiàn)上面走的不一定是差分信號，單端信號在雙絞線(xiàn)上的電磁輻射也比平行走線(xiàn)的輻射小。
