什麼是差分訊號？

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一個差分訊號是用一個數值來表示兩個物理量之間的差異。從嚴格意義上來講，所有電壓訊號都是差分的，因為一個電壓只能是相對於另一個電壓而言的。在某些系統裡，系統'地'被用作電壓基準點。當'地'當作電壓測量基準時，這種訊號規劃被稱之為單端的。我們使用該術語是因為訊號是用單個導體上的電壓來表示的。

        另一方面，一個差分訊號作用在兩個導體上。訊號值是兩個導體間的電壓差。儘管不是非常必要，這兩個電壓的平均值還是會經常保持一致。我們用一個方法對差分訊號做一下比喻，差分訊號就好比是蹺蹺板上的兩個人，當一個人被蹺上去的時候，另一個人被蹺下來了 - 但是他們的平均位置是不變的。繼續蹺蹺板的類推，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 表示兩個人都是同一水平。

 
圖1 用蹺蹺板表示的差分訊號

應用到電學上，這兩個蹺蹺板用一對標識為V+和V-的導線來表示。當V+>V-時，訊號定義成正極訊號，當V+<V-時，訊號定義成負極訊號。

 
圖2 差分訊號波形和單端等價

圖2 差分對圍繞擺動的平均電壓設定成 2.5V。當該對的每個訊號都限制成 0-5V 振幅時，位移該差分對會提供一個訊號擺動的最大範圍。當用單一 5V 電源操作時，經常就會出現這種情況。

       當不採用單端訊號而採取差分訊號方案時，我們用一對導線來替代單根導線，增加了任何相關介面電路的複雜性。那麼差分訊號提供了什麼樣的有形益處，才能證明複雜性和成本的增加是值得的呢？

       差分訊號的第一個好處是，因為你在控制'基準'電壓，所以能夠很容易地識別小訊號。在一個地做基準，單端訊號方案的系統裡，測量訊號的精確值依賴系統內'地'的一致性。訊號源和訊號接收器距離越遠，他們局部地的電壓值之間有差異的可能性就越大。從差分訊號恢複的訊號值在很大程度上與'地'的精確值無關，而在某一範圍內。

        差分訊號的第二個主要好處是，它對外部電磁幹擾（EMI）是高度免疫的。一個幹擾源幾乎相同程度地影響差分訊號對的每一端。既然電壓差異決定訊號值，這樣將忽視在兩個導體上出現的任何同樣幹擾。除了對幹擾不大靈敏外，差分訊號比單端訊號產生的 EMI 還要少。差分訊號提供的第三個好處是，在一個單電源系統，能夠從容精確地處理'雙極'訊號。為了處理單端，單電源系統的雙極訊號，我們必須在地和電源幹線之間某任意電壓處（通常是中點）建立一個虛地。用高於虛地的電壓來表示正極訊號，低於虛地的電壓來表示負極訊號。接下來，必須把虛地正確地分布到整個系統裡。而對於差分訊號，不需要這樣一個虛地，這就使我們處理和傳播雙極訊號有一個高*真度，而無須依賴虛地的穩定性。