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前言

? ? ? ?每次提及單端輸入和差分輸入都似懂非懂滿心彷徨不得其解，本著打破砂鍋問到底的原則，今天我們好好聊一下！

? ? ? ?首先我們了解一下什么是單端信號？什么是差分信號？

單端信號

? ? ? ?通俗易懂一點：參考端就是放風箏的人，信號端就是天上的風箏。信號的電平高低，可以理解為是風箏線的長短，大家可以自動腦補單端輸入的景象：一個人在一個永不變化的水平面放風箏！

差分信號

? ? ? ?差分傳輸是一種信號傳輸技術(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng)的一根信號線一根地線的做法（單端信號）。差分傳輸在信號線和地線同時進行信號傳輸，但是兩個被傳輸?shù)男盘栒穹嗟?，相位相反，就是差分信號?/p>

單端與差分信號比較

? ? ? ?差分信號與單端信號走線的做法相比，其優(yōu)缺點分別如下：

優(yōu)點：

1、抗干擾能力強。干擾噪聲一般會等值、同時的被加載到兩根信號線上其差值為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）。由于兩根線靠得很近且信號幅值相等，這兩根線與地線之間的耦合電磁場的幅值也相等，但信號極性相反，所以電磁場將相互抵消，因此對外界的電磁干擾也小。

3、時序定位準確。差分信號的接受端將兩根線上的信號幅值之差發(fā)生正負跳變的點，作為判斷邏輯0/1的跳變點。而普通單端信號以閾值電壓作為信號邏輯0/1的跳變點，受閾值電壓與信號幅值電壓值比影響較大，不適合低幅度的信號。

缺點：

若電路板的面積非常緊張，單端信號可以只有一根信號線，地線走地平面；差分信號則需要兩根等長、等寬、緊密靠近且在同一層面的線。這樣的情況常常發(fā)生在芯片的管腳間距很小，以至于只能穿過一根走線的情況下。

異同分析

1、基本區(qū)別

? ? ? ?單端信號指的是用一根線傳輸?shù)男盘?，一根線沒參考點怎么會有信號呢？easy，參考點就是地！

? ? ? ?直白地說，單端信號是在一根導線上傳輸?shù)呐c地之間的電平差。當信號從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(yīng)該差不多是一樣的，為什么差不多呢，以后再詳解。

? ? ? ?差分信號指的是用兩根線傳輸?shù)男盘枺瑐鬏數(shù)氖莾筛盘栔g的電平差。當信號從 A 點傳遞到 B 點的時候，AB 兩點的地電勢可以相同也可以不同，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。

2、傳輸上的差別

? ? ? ?單端信號的優(yōu)點：經(jīng)濟、方便。大部分的低頻電平信號都是使用單端信號進行傳輸?shù)?。一個信號一根線，最后，把兩邊的地用一根線相連即可。

? ? ? ?缺點是在不同應(yīng)用領(lǐng)域暴露的不一樣，最大的缺點就是抗干擾能力差。

? ? ? ?首先說最大的問題，地電勢差以及地一致性。大家都認為地是 0V，實際上，真正的應(yīng)用中地是千奇百怪變化莫測的一個東西。

? ? ? ?比如 A 點到 B 點之間，有一根線用來連接兩個系統(tǒng)之間的地，如果這根線上的電流很大時，兩點間的地電勢就變得不可忽略了。

? ? ? ?該信號從A 的角度看起來是 1V，從 B 的角度看起來可能只有0.8V 了，這就是地電勢差對單端信號的影響。

? ? ? ?接著說地的一致性。實際上很多時候地上由于電流忽大忽小，布局結(jié)構(gòu)遠遠近近，會產(chǎn)生一定的電壓波動也會影響單端信號的質(zhì)量。

? ? ? ?這種情況下差分信號的優(yōu)勢就顯現(xiàn)出來了，由于兩個信號都是相對于地的，當?shù)仉妱莅l(fā)生變化時，兩個信號同時上下浮動（理想狀態(tài)下），而差分兩根線之間的電壓差卻很少發(fā)生變化信號質(zhì)量隨之提高。

? ? ? ?其次，傳輸過程中的干擾，當一根導線穿過某個線圈時且通著交流電時，這根導線上會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。

? ? ? ?很簡單的道理，實際上工業(yè)現(xiàn)場遇到的大部分問題也很簡單，可是你無法抗拒，如果是單端信號，產(chǎn)生多少就是多少，這就是噪聲我們毫無辦法。

? ? ? ?如果是差分信號由于兩根導線是平行傳輸?shù)?，每根導線上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是一樣的，兩個一減就消除了。

? ? ? ?同樣的情況下，傳輸距離較長時，差分信號具有更強的驅(qū)動能力、更強的抗干擾能力。

? ? ? ?所以當傳輸信號對其他設(shè)備產(chǎn)生干擾時，差分信號也比單端信號產(chǎn)生的信號相對小，也就是常說的EMI 特性。

3、使用注意事項

? ? ? ?由于差分相對單端有更多優(yōu)勢，在模擬信號傳輸中大多傾向于使用差分信號。

? ? ? ?比如橋式應(yīng)變片式力傳感器，其輸出信號滿量程 2mV，如果使用單端信號傳輸電源的紋波就能幾乎耗光。實際應(yīng)用中基本都是用儀表運放進行放大后，再進行處理。

? ? ? ?而儀表運放正是處理差分信號最有力的幾個工具之一。

? ? ? ?但是使用差分信號時，一個不可忽視的問題：共模電壓范圍，要求兩根線上的電壓，相對于系統(tǒng)的地不能太大。

? ? ? ?傳輸 0.1V 的信號沒問題，如果一根是1000.0，另外一根是1000.1就不行。問題在于，在很多場合下使用差分信號都是為了不讓兩個系統(tǒng)的地簡單地共在一起。

? ? ? ?如果把差分信號中的一根直接接在本地系統(tǒng)的地上又變成了單端，如何抑制共模電壓呢？

? ? ? ?單端轉(zhuǎn)差分怎么轉(zhuǎn)呢？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地放大了2倍，常見的用儀表運放+普通運放搭建的單端轉(zhuǎn)差分是個很好的實例。

? ? ? ?任何事物有具有兩面性，既相互排斥又相互依存，關(guān)鍵在于我們怎么揚長避短合理應(yīng)用。正如單端輸入和差分輸入的利弊一樣，不要待到出現(xiàn)失誤時才想起書到用時方恨少，事因經(jīng)過始知難。

? ? ? ?希望今天的分享，可以切切實實地幫助大家理清單端輸入和差分輸入的利弊！

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