差分信號(hào)傳輸
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-05
差分信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)例教程
怎么對(duì)原理圖的差分信號(hào)添加差分屬性呢？
答：很多人很好奇，我們PCB文件可以添加差分信號(hào)屬性，來(lái)進(jìn)行走線，那原理圖中可以對(duì)信號(hào)添加差分屬性嗎？這個(gè)當(dāng)然也是可以的，下面就我們一步一步來(lái)給大家演示如何在原理圖中進(jìn)行差分屬性的添加：
第一步，首先需要在原理圖中添加差分屬性，選中差分信號(hào)的一根網(wǎng)絡(luò)，然后點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，執(zhí)行命令Edit Properties…,進(jìn)行屬性編輯，或者雙擊鼠標(biāo)左鍵，也是一樣的效果，如圖3-99所示：
圖3-99 信號(hào)差分屬性編輯示意圖
第二步，進(jìn)入信號(hào)屬性編輯的界面，下邊欄選中Schematic Nets，左側(cè)進(jìn)行新的屬性的添加。點(diǎn)擊New Property…，彈出增加新的屬性的界面，如圖3-100所示，在Add New Property界面，在Name一欄輸入DIFFERENTIAL_PAIR的差分屬性名稱，Value值一欄可以先不用添加，后面統(tǒng)一填寫，點(diǎn)擊OK按鈕，對(duì)原理圖添加差分屬性。
圖3-100 信號(hào)差分屬性添加示意圖
第三步，添加了差分屬性以后，我們只需要在差分屬性這一欄的中填上相對(duì)應(yīng)的差分的命令即可，即在上述添加的差分屬性一欄中，填入對(duì)應(yīng)的Value值就行了，這個(gè)是可以進(jìn)行全局屬性操作的，可以參照前面的問(wèn)答，這樣就很快捷的給原理圖的信號(hào)添加了差分屬性，這樣導(dǎo)入到PCB中，就是差分信號(hào)了。
展開 但是如果是差分信號(hào)，你就可以考慮拉，為啥呢，兩根導(dǎo)線是平行傳輸的， 每根導(dǎo)線上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(zhǎng)時(shí)，差分信號(hào)具有更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力、更強(qiáng)的抗干擾能力，同樣的，當(dāng)你傳輸的信號(hào)會(huì)對(duì)其他設(shè)備有干擾時(shí)，差分信號(hào)也比單端信號(hào)產(chǎn)生的信號(hào)相對(duì)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(hào)傳輸中很多人愿意使用差分信號(hào)，比如橋式應(yīng)變片式力傳感器，其輸出信號(hào)滿量程時(shí)有的也只有2mV，如果使用單端信號(hào)傳輸，那么這個(gè)信號(hào)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(yùn)方進(jìn)行放大后，再進(jìn)行處理。而儀表運(yùn)方正是處理差分信號(hào)最有力的幾個(gè)工具之一。
但是，使用差分信號(hào)時(shí)，一定要注意一個(gè)問(wèn)題，共模電壓范圍。也就是說(shuō)，這兩根線上的電壓，相對(duì)于系統(tǒng)的地，還是不能太大。你傳輸0.1V的信號(hào)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(hào)都是為了不讓兩個(gè)系統(tǒng)的地簡(jiǎn)單的共在一起，更不能把差分信號(hào)中的一根直接接在本地系統(tǒng)的地上，那不白費(fèi)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，將兩根線都通過(guò)一個(gè)足夠大的電阻，連接到系統(tǒng)的地上。這就像一根拴在風(fēng)箏上的線，我在地上跑跑跳跳，不會(huì)影響風(fēng)箏的高度 但是你永遠(yuǎn)逃不出我的視線，而我的視線，在電子行業(yè)，叫共模電壓范圍。最后，回答一個(gè)網(wǎng)友的問(wèn)題：?jiǎn)味宿D(zhuǎn)差分怎么轉(zhuǎn)。
展開 因此，假如我們有一個(gè)模擬信號(hào)通過(guò)差分對(duì)連接到數(shù)字器件，就無(wú)需擔(dān)心跨越電源邊界，平面不連續(xù)等等問(wèn)題。差分器件的電源分割也更容易處理。差分電路在低壓信號(hào)的應(yīng)用中是非常有益的。如果信號(hào)電平非常低，或者如果信噪比是個(gè)問(wèn)題，那么差分信號(hào)可以有效地倍增信號(hào)電平(+v-(-v)=2v)。差分信號(hào)和差分放大器通常用于信號(hào)電平非常低的系統(tǒng)的輸入級(jí)。
差分接收器往往對(duì)輸入信號(hào)電平的差敏感，但是常常被設(shè)計(jì)為對(duì)輸入的共模偏移不敏感。因此在強(qiáng)噪聲環(huán)境中差分信號(hào)往往比單端信號(hào)有著更好的性能。
相比單端信號(hào)(以一個(gè)不太精確的受電路板其他位置的噪聲的干擾的信號(hào)為參考)，差分信號(hào)(彼此互為參考)的翻轉(zhuǎn)時(shí)序可以更精確地設(shè)定。差分對(duì)的交叉點(diǎn)定義得非常精確(見(jiàn)圖3)。單端信號(hào)位于邏輯1和邏輯0之間的交叉點(diǎn)受制于(舉例)噪聲、噪聲門限以及門限檢測(cè)問(wèn)題等等。
圖3 邏輯電平在差分信號(hào)交叉點(diǎn)的精確位置改變狀態(tài)
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展開 差分放大電路的應(yīng)用很多，簡(jiǎn)單介紹差分信號(hào)、單端信號(hào)的概念及差分放大電路的作用，方便大家對(duì)差分放大電路相關(guān)知識(shí)有所了解。
單端信號(hào)
單端傳輸是指用一根信號(hào)線和一根地線來(lái)傳輸信號(hào)，信號(hào)線上傳輸的信號(hào)就是單端信號(hào)。
優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便，缺點(diǎn)是抗干擾能力差。
差分信號(hào)
差分傳輸是指在兩根線上都傳輸信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)的大小相等，極性相反，這兩根線上傳輸的信號(hào)就是差分信號(hào)(差模信號(hào))。
優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是電路比單端傳輸的復(fù)雜。
差分放大電路有什么作用？
差分放大電路又稱為差動(dòng)放大電路，當(dāng)該電路的兩個(gè)輸入端的電壓有差別時(shí)，輸出電壓才有變動(dòng)，因此稱為差動(dòng)。
差分放大電路有差模和共模兩種基本輸入信號(hào)，那么什么是共模信號(hào)呢？
當(dāng)兩輸入端所接信號(hào)大小相等，極性相反時(shí)，稱為差模輸入信號(hào)；
當(dāng)兩輸入端所接信號(hào)大小相等、極性相同時(shí)，稱為共模信號(hào)。
實(shí)際應(yīng)用中，溫度的變化各種環(huán)境噪聲的影響時(shí)共模噪聲，也稱為對(duì)地噪聲，指的是兩根線分別對(duì)地的噪聲。
差分放大電路時(shí)直接耦合放大電路的基本組成單元，對(duì)于共模信號(hào)起到很強(qiáng)的抑制作用，未對(duì)差模信號(hào)起到放大租用，并且電路的放大能力與輸出方式有關(guān)。
展開 02
常見(jiàn)誤區(qū)
誤區(qū)一：認(rèn)為差分信號(hào)不需要地平面作為回流路徑，或者認(rèn)為差分走線彼此為對(duì)方提供回流途徑。
造成這種誤區(qū)的原因是被表面現(xiàn)象迷惑，或者對(duì)高速信號(hào)傳輸的機(jī)理認(rèn)識(shí)還不夠深入。差分電路對(duì)于類似地以及其它可能存在于電源和地平面上的噪音信號(hào)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(hào)返回路徑，其實(shí)在信號(hào)回流分析上，差分走線和普通的單端走線的機(jī)理是一致的，即高頻信號(hào)總是沿著電感最小的回路進(jìn)行回流，最大的區(qū)別在于差分線除了有對(duì)地的耦合之外，還存在相互之間的耦合，哪一種耦合強(qiáng)，哪一種就成為主要的回流通路。
在PCB電路設(shè)計(jì)中，一般差分走線之間的耦合較小，往往只占10～20%的耦合度，更多的還是對(duì)地的耦合，所以差分走線的主要回流路徑還是存在于地平面。
當(dāng)?shù)仄矫姘l(fā)生不連續(xù)的時(shí)候，無(wú)參考平面的區(qū)域，差分走線之間的耦合才會(huì)提供主要的回流通路，盡管參考平面的不連續(xù)對(duì)差分走線的影響沒(méi)有對(duì)普通的單端走線來(lái)的嚴(yán)重，但還是會(huì)降低差分信號(hào)的質(zhì)量，增加 EMI，要盡量避免。
另外也有些設(shè)計(jì)人員認(rèn)為，可以去掉差分走線下方的參考平面，以抑制差分傳輸中的部分共模信號(hào)，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(hào)提供阻抗回路，勢(shì)必會(huì)造成EMI輻射，這種做法弊大于利。
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差分信號(hào)傳輸?shù)淖钚聝?nèi)容
差分信號(hào)：使用差分信號(hào)傳輸可以提高信號(hào)的抗干擾能力，并減少對(duì)外部的干擾發(fā)射。
信號(hào)速率控制：高速信號(hào)需要特別注意上升沿和下降沿的時(shí)間，過(guò)快的信號(hào)速率會(huì)增加輻射和串?dāng)_。
信號(hào)回路面積：縮小信號(hào)回路面積可以減少輻射和感應(yīng)的干擾。
（3）抗干擾優(yōu)化：采用屏蔽線纜與差分信號(hào)傳輸，降低電磁干擾對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響，保障高速率數(shù)據(jù)（如 LiDAR 點(diǎn)云、Camera 原始圖像）的穩(wěn)定傳輸。
2、時(shí)間同步
方案通過(guò)硬件觸發(fā) + 軟件校準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)多傳感器納秒級(jí)時(shí)間同步，確保時(shí)空融合精度：
（1）同步基準(zhǔn)統(tǒng)一：以國(guó)際原子時(shí)（TAI）為時(shí)間基準(zhǔn)，通過(guò)gPTP（通用精確時(shí)間協(xié)議）與 PPS（秒脈沖信號(hào)）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)時(shí)間對(duì)齊。
基于MATLAB的自適應(yīng)差分閾值法檢測(cè)心電信號(hào)的QRS波，QRS波群反映左、右心室除極電位和時(shí)間的變化，第一個(gè)向下的波為Q波，向上的波為R波，接著向下的波是S波。通過(guò)GUI進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，展示心率和QRS。程序已調(diào)通，可直接運(yùn)行。
給端口加上更貼近實(shí)際的時(shí)域激勵(lì)波形；
完成Circuit+HFSS聯(lián)合仿真，得到電路時(shí)域仿真結(jié)果；
時(shí)域波形FFT得到的頻譜；
04
近場(chǎng)結(jié)果
在Circuit仿真結(jié)束后，即可將時(shí)域的仿真結(jié)果Push至HFSS工程中；
選中前面繪制的sheet，Create Field Plot；
以下，通過(guò)仿真得到基板上該組差分走線傳輸
給端口加上更貼近實(shí)際的時(shí)域激勵(lì)波形；
完成Circuit+HFSS聯(lián)合仿真，得到電路時(shí)域仿真結(jié)果；
時(shí)域波形FFT得到的頻譜；
04
近場(chǎng)結(jié)果
在Circuit仿真結(jié)束后，即可將時(shí)域的仿真結(jié)果Push至HFSS工程中；
選中前面繪制的sheet，Create Field Plot；
以下，通過(guò)仿真得到基板上該組差分走線傳輸
給端口加上更貼近實(shí)際的時(shí)域激勵(lì)波形；
完成Circuit+HFSS聯(lián)合仿真，得到電路時(shí)域仿真結(jié)果；
時(shí)域波形FFT得到的頻譜；
04
近場(chǎng)結(jié)果
在Circuit仿真結(jié)束后，即可將時(shí)域的仿真結(jié)果Push至HFSS工程中；
選中前面繪制的sheet，Create Field Plot；
以下，通過(guò)仿真得到基板上該組差分走線傳輸
CAN接口電路與RS485接口電路
CAN總線和RS485總線都是采用差分信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)，它們?cè)诳偩€拓?fù)?、終端匹配、信號(hào)衰減、隔離與接地、波特率與通訊距離關(guān)系等方面都是相似的。但是CAN有自己的一些特性，在接口設(shè)計(jì)中，不能照抄RS485接口電路。
CAN總線對(duì)信號(hào)延遲敏感，因此信號(hào)隔離必須使用高速光耦或者磁耦合器件，以減少信號(hào)延遲。
我們都知道RS485雙半雙工通信，其CPU內(nèi)部的根源是串口通信，串口通信是區(qū)分發(fā)送TX和接收RX的，在同一對(duì)差分信號(hào)線上同時(shí)傳輸TX、RX，就是進(jìn)行方向的控制，方向的控制時(shí)機(jī)不對(duì)，數(shù)據(jù)傳送是要出問(wèn)題的。
差分信號(hào)
差分傳輸是指在兩根線上都傳輸信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)的大小相等，極性相反，這兩根線上傳輸的信號(hào)就是差分信號(hào)(差模信號(hào))。
優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是電路比單端傳輸?shù)膹?fù)雜。
差分放大電路有什么作用？
CAN接口電路與RS485接口電路
CAN總線和RS485總線都是采用差分信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)，它們?cè)诳偩€拓?fù)?、終端匹配、信號(hào)衰減、隔離與接地、波特率與通訊距離關(guān)系等方面都是相似的。
