差分信号都有什么特点

在众多信号传输技术中，差分传输无疑是一种高效且可靠的传输方式。与常规的单端传输（即一根信号线搭配一根地线）不同，差分传输利用两根线来传递信号，这两根线上的信号振幅相等但相位相反，彼此之间互为镜像。这种特殊的信号形式被称为差分信号或差模信号，它是与共模信号相对的概念。

为了更形象地理解差分信号，我们可以将其比作儿童游乐场上的跷跷板。想象一下，跷跷板的两端分别坐着两个孩子，当其中一个孩子被跷高时，另一个孩子则被降至低处，但他们的中等位置—即跷跷板的平衡点—保持不变。如果将这个情景类比到电子学领域，跷跷板的两端可以看作一对标识为V+（正电压）和V-（负电压）的导线。正如跷跷板上的孩子一样，这两个导线上的信号在数值上对等但在相位上相反。

进一步探究其特点，我们发现所有电压信号本质上都是差分的，因为电压本质上是一个相对量度，即一个电位与另一个电位之间的差值。在某些电子系统中，“系统地”常被设定为电压的参考点。在这种情形下，以单个导体上的电压变化来表示信号的规划被称为单端信号。而与此相对的，差分信号则是作用于两个导体上，信号值由这两个导体间的电压差定义。尽管从理论上讲，这两个电压的均值并不一定要保持一致，但在实际应用中，它们的平均值往往保持恒定。

一个重要的概念是，当这两个导体同时接收到一个等值的电压—即所谓的共模信号—对于差分放大系统来说，这个共模信号并不会对系统的正常工作造成影响。也就是说，一个设计精良的差分放大器能够忽略高达数伏特的共模信号，而只对输入信号中极小的差分成分（可能只有几毫伏）作出响应。这种能力用共模抑制比来衡量，一般运算放大器的CMRR可以达到90分贝以上，而高精度运算放大器的CMRR甚至可以达到120分贝。由于干扰信号通常以共模信号的形式存在，差分信号的应用显著提升了放大器系统的信噪比。

除了其抗噪声能力外，差分传输技术还具备其他优势。例如，它能够有效抑制因线路长度不一致引起的信号延迟不一致问题，从而减少了信号失真和衰减。这一点在高速数据传输和长距离通信中尤为重要，比如在计算机网络、电信设备以及各类传感器和执行器之间的数据传输中广泛应用差分传输技术。此外，差分信号还可以用于降低地线回路干扰，因为信号的返回路径也是通过另一根线完成的，而不是依赖于共同的地线。

然而，差分传输技术的设计和应用也面临一些挑战。由于需要在两条线上同时传输信号，相比单端传输方式，它需要更多的布线空间和更复杂的电路设计。另外，差分信号对布线的对称性和长度匹配有较高的要求，布线不当可能会导致信号扭曲和性能下降。因此，设计人员在使用差分传输技术时必须仔细考虑信号完整性、阻抗匹配以及电磁兼容性等问题。