差分信号.ppt

-4简单的描述差分信号就是驱动端发送两个等值、反相的信号,接收端通过比较这两个电压的差值来判断逻辑状态“0”还是“1”。而承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。一般可以认为其中一根走线传送正信号而另一根传送负信号,并且大小相等极性相反,没有通过地的返回信号;信号沿一根走线前进并从另外一根返回。从严格意义上来讲,所有电压信号都是差分的,因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。在某些系统里,系统‘地’被用作电压基准点。当‘地’作电压测量基准时,这种信号规划被称之为单端的。差分信号是两条信号相互做参考。假设一个信号是V+,另一个信号是V-。当V+>V-时,信号定义成正极信号,当V+<V-时,信号定义成负极信号。需要注意V+与V-都围绕基准电压()翻转。共模信号共模是指同时在一个(差分)信号的线对或者在单端走线和地上出现的信号。对我们来说这并不容易直观地去理解,因为我们很难想象怎样才能产生这样的信号。相反通常我们不会产生共模信号。通常这些都是由电路的寄生环境或者从邻近的外部源耦合进电路产生的。共模信号总是很“糟糕”,许多设计规则就是用来防止它们的发生。单端信号单模是最常见的。它包括介于驱动器与接收器之间的单根导线或走线。信号沿走线传播并从地返回。事实上信号可以仅仅/同时从地或电源系统返回。差分走线基本原则目的:保证走线的特征阻抗在沿线保持不变。理论上,希望每根走线都与其配对走线完全一致。差分对中每根走线应该具有一致的阻抗与一致的长度。实际上,差分信号通常以线对的方式进行布线,线对的间距沿线处处保持不变,并且尽量将差分对靠近布线。差分线彼此耦合。这种耦合影响了走线的对外阻抗。因此差分走线之间的耦合必须在整个线长内保持一致或者阻抗是连续的。这就是设计规则中“固定间距”的原因。单端和差分的参考电平区别差分信号仅参考到与其配对信号。也就是说,如果一根走线(正信号)上的电压比另外一根走线(负信号)高,我们就得到了一个逻辑状态,如果是低,我们就得到另外一个逻辑状态。而单端信号需要和某些参考电位进行比较。这个参考电位可能是GND、一个元件的门限电压、或者电路中另一个电信号。状态变化点当差分信号曲线交叉时逻辑状态在该点发生变化。相比单端信号(以一个不太精确的受电路板其他位置的噪声的干扰的信号为参考)差分信号(彼此互为参考)的翻转时序可以更精确地设定。差分对的交叉点定义得非常精确(下图)。而单端信号位于逻辑1和逻辑0之间的交叉点受制于(举例)噪声、噪声门限以及门限检测问题等等。差分信号优点除本身差分信号外,无其他信号,方便控制。因为差分电路对两根走线(两者的信号大小相等极性相反)上信号的差作出响应,得到的净信号两倍于(可比的环境噪声)任一单端信号。因此在其它条件等同的情况下,差分信号有着更大的信噪比及性能。差分电路对线对信号之间的电位差敏感。但是(相对地)对线上与其它参考电压相比(特别是地)的绝对电位不敏感。因此,相对而言,差分电路对诸如地弹、其它存在于电源和/或地平面的噪声信号以及可能出现在每一根走线中相等的共模信号这样的问题不敏感。如果没有通过地返回信号,地回路的连续性相对就变得不重要了。因此,假如我们有一个模拟信号通过差分对连接到数字器件,就无需担心跨越电源边界,平面不连续等等问题。差分信号对EMI和串扰略微免疫。如果线对走得很近,这样任何外部耦合噪声将相等地耦合进线对。这样一来耦合噪声就变成“共模”噪声,而电路对此是(理论上)免疫的。如果导线是“缠绕”(比如双绞线)的,那么对噪声的免疫性就更好。因为我们将印制板上的差分走线缠绕起来,把它们尽可能地靠近走线就是最好的办法了。控制一对信号的交点比控制一个关于其他参考电压的绝对电压容易。这也是走线要精确等长的原因之一。差分信号缺点差分电路的主要缺陷是走线的增加。它需要两根走线而不是一根,或者两倍的电路板面积。差分信号电流流向和信号完整性一般的电流沿走线流动并且必须在一个环路内流动,通常从地返回。针对差分信号,“差分对”没有通过地返回信号不是因为不能,而是因为返回信号的确存在并且大小相等且极性相反,所以相互抵销了(和为零)。假设从一个信号(+i)返回的信号严格等于且符号相反另一个信号(-i),那么它们的和(+i-i)为零,没有电流从任何地方流过(特别是地)。再假设信号并非严格相等且极性相反。设一个为+i1另一个为-i2。这里i1和i2的值近似但是不等。返回电流的和为(i1-i2)。因为不是零,这个增加的电流必须从某个地方返回,推测应该是地。现在假设发送电路发送一对差分信号,严格相等且极性相反。再假定他们在路径的终点仍然如此。但是如果路径长度不等会如何呢?如果(差分对中的)一条路径比另外一条长,那么信号在传输到接收器的阶段就不再是严格相等且极性相反了(下图)