差分数据传输有什么优势?

隔离器的主要功能是通过电气隔离栅传送某种形式的信息，同时阻止电流。隔离器采用绝缘材料制造，可以阻止电流，隔离栅两端都有耦合元件。信息通常在传输通过隔离栅之前由耦合元件编码。

ADI公司的iCoupler®数字隔离器使用芯片级微变压器作为耦合元件，将数据传输通过高质量聚酰亚胺隔离栅。iCoupler隔离器中主要使用两种数据传输方法：单端和差分。选择数据传输机制时，需要进行工程设计取舍，以优化所需的终端产品特性。在单端数据传输中，我们使用变压器，初级绕组的一端接地。

输入信号中的逻辑转换编码为脉冲，相对于地面始终为正极性，位于发送器芯片上。这也称为“一脉冲两脉冲”，因为上升沿编码为两个连续脉冲，而下降沿表示为单个脉冲(请参见图1顶部)。隔离栅另一端的接收器接收到信号，并确定发送了一个还是两个脉冲；然后，它将会相应地重构输出。差分数据传输使用真差分方式的变压器。在此情况下，当检测到输入沿时，始终都发送单个脉冲，但脉冲的极性会决定转换是上升还是下降(图1底部)。接收器为真差分结构，并根据脉冲极性更新输出。

单端方法的主要优点之一是低数据速率下的功耗比较低。这是因为差分接收器需要的直流偏置电流多于在单端接收器中使用的CMOS施密特触发器。然而，差分方法在较高吞吐速率下功耗较低，有两个原因：驱动电平和脉冲数量。变压器的驱动电平可以降低，因为接收器只需确定极性，而无需确定存在单个脉冲还是两个脉冲。单端系统平均每边沿需要1.5个脉冲，而差分传输每边沿需要1个脉冲(减少了33%)。

减小的驱动电平和较少的脉冲还可以减少射频辐射。产生辐射的原因是电源中的电流脉冲导致了印刷电路板结构的辐射。由于脉冲较少，而且每个脉冲的能量较低，因而产生的射频辐射显著减少。

与单端系统相比，差分传输还有另外两个优势：传播延迟和抗扰度。在单端方法中，在创建单个脉冲或两个脉冲时，必须有特定的时序关系，而且接收器必须分析特定时间窗口内的脉冲。这些要求会对编码和解码产生限制，最终限制通过器件的传播延迟。这进而限制器件能够达到的总吞吐量。差分方法受到的限制较少，因为它始终使用单个脉冲，因而传播延迟较低，吞吐量较高。

图 1.单端与差分数据传输

差分接收器能够可靠地检测发送器发送的差分信号，还会抑制在隔离系统中普遍存在的无用共模噪声，导致共模瞬变抗扰度(CMTI)显著提高。差分接收器还不大容易受到电源噪声的影响，因而抗扰度较高。光耦合器中使用的LED实质上是单端的，这正是光耦合器的CMTI性能通常较差的原因之一。差分数据传输使得iCoupler数字隔离器的性能相对于光耦合器有了显著提升。

数据传输方法也是设计人员优化数字隔离器性能的一个选项。将真差分耦合元件作为iCoupler技术的基础，可在这一方面提供很高灵活性，这也是光耦合器和容性耦合器件通常无法企及的。