差分信號(hào)只是使用兩根信號(hào)線傳輸一路信號(hào)，依靠信號(hào)間電壓差進(jìn)行判決的電路，既可以是模擬信號(hào)，也可以是數(shù)字信號(hào)。實(shí)際的信號(hào)都是模擬信號(hào)，數(shù)字信號(hào)只是模擬信號(hào)用門(mén)限電平量化后的取樣結(jié)果。因此差分信號(hào)對(duì)于數(shù)字和模擬信號(hào)都可以定義。

　　一個(gè)差分信號(hào)是用一個(gè)數(shù)值來(lái)表示兩個(gè)物理量之間的差異。從嚴(yán)格意義上來(lái)講，所有電壓信號(hào)都是差分的，因?yàn)橐粋€(gè)電壓只能是相對(duì)于另一個(gè)電壓而言的。在某些系統(tǒng)里，系統(tǒng)“地”（GND）被用作電壓基準(zhǔn)點(diǎn)。當(dāng)“地”當(dāng)作電壓測(cè)量基準(zhǔn)時(shí)，這種信號(hào)規(guī)劃被稱之為單端的。我們使用該術(shù)語(yǔ)是因?yàn)樾盘?hào)是用單個(gè)導(dǎo)體上的電壓來(lái)表示的。

　　VDS不是傳輸速率快，是抗干擾能力強(qiáng)。有信號(hào)時(shí)，一棵線電壓+V，另一棵線電壓-V，接收端獲得的信號(hào)是兩者的差值+V-（-V）=2V。外界的干擾信號(hào)在兩棵線中山上的是同樣幅度和極性的+v信號(hào)，在接收端差值的過(guò)程中互相抵消了。由于抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)字信號(hào)不易出錯(cuò)，可以避免因校驗(yàn)出錯(cuò)引起的重發(fā)，從這個(gè)意義上說(shuō)差分信號(hào)傳輸速率。

　　差分的概念在《模擬電路》課程里已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)了。差分信號(hào)是一對(duì)大小相等而極性相反的對(duì)稱信號(hào)，差分信號(hào)用于傳輸有用的信號(hào)。共模信號(hào)是作用于差分信號(hào)線上的一對(duì)大小相等極性也相同的信號(hào)，共模信號(hào)往往來(lái)自于外部干擾。差分信號(hào)在接收端是靠差分放大器來(lái)檢測(cè)的。差分放大器只對(duì)兩路輸入信號(hào)之間的差值起放大作用，而對(duì)兩路輸入信號(hào)共同對(duì)地的電位不起作用。

　　差分傳輸?shù)男盘?hào)能夠?qū)ν獠扛蓴_能夠起到很強(qiáng)的抗干擾能力。

　　原始的輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)倒相器和緩沖器之后形成一對(duì)大小相等而極性相反的差分信號(hào)。對(duì)模擬信號(hào)，倒相器可以用運(yùn)算放大器的反相比例放大電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，緩沖器可以用運(yùn)算放大器的同相跟隨電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)數(shù)字信號(hào)，可以分別用“非門(mén)”邏輯和同相緩沖器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　差分信號(hào)在PCB（印制線路板）上被安排成“密近平行線”（PCB布線要領(lǐng)?。秒娎|連接兩臺(tái)設(shè)備時(shí)則采用并行排線或雙絞線。在差分信號(hào)傳輸過(guò)程中會(huì)遇到外部干擾信號(hào)，但是，由于兩根差分信號(hào)線始終在一起，因此干擾信號(hào)一般都會(huì)同時(shí)作用在兩根信號(hào)線上，形成疊加在兩根信號(hào)線上大小相等相位也相同的共模信號(hào)。

　　到了接收端，差分放大器只對(duì)差分信號(hào)（有用信號(hào)）敏感，而對(duì)共模信號(hào)（干擾信號(hào)）形成抑制。這樣，差分傳輸?shù)男盘?hào)就具備了很強(qiáng)的抗干擾能力，因此特別適用于中遠(yuǎn)距離通信或高速通信。相比之下，UART的兩根信號(hào)線TXD和RXD就不適合于遠(yuǎn)距離通信，因?yàn)椴皇遣罘中盘?hào)，所以一旦遇到外部干擾，信號(hào)就會(huì)嚴(yán)重畸變，在接收端因無(wú)法區(qū)分有用信號(hào)的和干擾信號(hào)而會(huì)形成大量的誤碼。

　　簡(jiǎn)單地講，差分信號(hào)就是兩個(gè)相關(guān)信號(hào)的差值，本文介紹的是電壓差分信號(hào)，它已經(jīng)廣泛的用于音頻、數(shù)據(jù)傳輸和電

　　話中。雖然比單端輸入信號(hào)系統(tǒng)要復(fù)雜，但差分信號(hào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是明顯的。第一，差分信號(hào)對(duì)外部電磁干擾（EMI）是高度免疫的。一個(gè)干擾源對(duì)差分信號(hào)對(duì)的每一端影響都是相同的。因?yàn)橛呻妷翰顏?lái)決定信號(hào)，兩邊的干擾相抵，信號(hào)便不會(huì)有大幅的變化。第二，差分信號(hào)有利于識(shí)別微小信號(hào)。在差分信號(hào)系統(tǒng)中，基準(zhǔn)點(diǎn)是由使用者來(lái)確定的，可以選擇兩輸入端的平均信號(hào)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，這就減小了信號(hào)的擺動(dòng)范圍。第三，單端輸入系統(tǒng)的信號(hào)要依靠虛地，而差分信號(hào)就不需要這樣一個(gè)虛地，增加了雙極型信號(hào)的保真度和穩(wěn)定性。第四，差分信號(hào)的時(shí)序定位精確。差分信號(hào)受工藝和環(huán)境溫度的影響小，可降低時(shí)序上的誤差。目前流行的LVDS就是一種小振幅差分信號(hào)技術(shù)。

　　差分放大器就是接受和輸出差分信號(hào)的器件，同運(yùn)算放大器一樣，它能接收雙端輸入，不同的是它具有雙輸出端，而不像運(yùn)算放大器只有單端口。在差分放大器中，其輸出共模電壓（VOCM）能獨(dú)立地被差分電壓控制。圖1是差分放大器的簡(jiǎn)明原理圖。

　　圖1 標(biāo)準(zhǔn)的差分放大器

　　新型的差分放大器

　　差分放大器有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一是抗噪聲能力，這一點(diǎn)在介紹差分信號(hào)時(shí)已經(jīng)提及了。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是增加了差分輸出電壓擺動(dòng)（見(jiàn)圖2）。這其中的道理也不復(fù)雜，輸出端的兩電壓為反相，其差值當(dāng)然是單端輸出的2倍了。第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是減少了偶數(shù)階的信號(hào)失真。為了解釋這個(gè)道理，我們把輸出端電壓表示成輸入端的多階函數(shù)合。

　　圖2 差分輸出電壓擺

　　Vout+ = k1Vin + k2Vin2 + k3Vin3 + … ， （1）

　　Vout- = k1（-Vin） + k2（-Vin）2 + k3（-Vin）3+… （2）

　　Vod = Vout-Vout-=2k1Vin + 2k3Vin3 + … （3）

　　從式（3）中可以看出，偶數(shù)階被消去了。

　　為了適應(yīng)市場(chǎng)的發(fā)展，各家公司紛紛推出了各自的差分放大器產(chǎn)品，像ADI公司的AD4937/4938，TI公司的THS4520，MAXIM公司的MAX4198/MAX4199以及Linear公司的LTC6400等。憑借著工藝的進(jìn)步，這些產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)都達(dá)到了很高的水平。以AD4937為例，其輸入電壓噪聲為2.2nV/√Hz； 1.6GHz的-3dB帶寬，增益G=1；壓擺率為5000V/μS；在125MHz時(shí)有 0.1dB增益平坦度帶寬；能驅(qū)動(dòng)從直流到100MHz的ADC。