差分信号
fpga差分信号电平
FPGA差分信号电平1. 介绍在数字电路设计中，差分信号电平的处理是一个重要的环节。
差分信号是指在两个信号线上传输的信号，其中一条线传输的信号与另一条线传输的信号是相互补充的。
FPGA（现场可编程门阵列）是一种灵活可编程的硬件平台，通过控制差分信号电平可以实现各种不同的功能。
本文将详细探讨FPGA差分信号电平的相关知识，包括差分信号的定义、差分信号电平的特点、FPGA中处理差分信号电平的方法等。
2. 差分信号的定义差分信号是指在两条互补的信号线上传输的信号。
一条信号线上的信号是另一条信号线上信号的反相。
差分信号的传输具有以下特点： - 抗干扰能力强：由于两条信号线上的信号是相互补充的，外界噪声对两条信号线的影响是相互抵消的，因此差分信号的抗干扰能力强。
- 传输距离远：差分信号的传输距离相对较远，可以降低传输损耗和干扰。
- 传输速率高：差分信号的传输速率相对较高，可以实现更高的数据传输效率。
3. 差分信号电平的特点差分信号电平的特点主要体现在以下几个方面： - 信号范围：差分信号的电平范围一般为正负方向的电压差值，例如0V和3.3V之间的差分信号电平范围为-1.65V 到1.65V。
- 电平波形：差分信号的波形由正信号和负信号组成，正信号和负信号之间存在特定的时间关系。
- 传输方式：差分信号一般通过两根平衡的信号线传输，两根信号线的电压信号是相互补充的。
4. FPGA中处理差分信号电平的方法FPGA中处理差分信号电平的方法有多种，以下是常用的几种方法：4.1 逻辑电平转换逻辑电平转换是将差分信号电平转换为FPGA可接受的电平范围。
常见的逻辑电平转换方法有电阻分压器、差分放大器等。
电阻分压器可以将差分信号电平降低到FPGA可接受的范围，差分放大器可以将差分信号电平放大到FPGA可接受的范围。
4.2 信号调整在差分信号传输中，可能会出现信号失真的情况。
为了保证差分信号的有效传输，需要对信号进行调整。
关于差分信号,你需要知道这些
关于差分信号，你需要知道这些差分信号只是使用两根信号线传输一路信号，依靠信号间电压差进行判决的电路，既可以是模拟信号，也可以是数字信号。
实际的信号都是模拟信号，数字信号只是模拟信号用门限电平量化后的取样结果。
因此差分信号对于数字和模拟信号都可以定义。
一个差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。
从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。
在某些系统里，系统地(GND)被用作电压基准点。
当地当作电压测量基准时，这种信号规划被称之为单端的。
我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。
VDS不是传输速率快，是抗干扰能力强。
有信号时，一棵线电压+V，另一棵线电压-V，接收端获得的信号是两者的差值+V-(-V)=2V。
外界的干扰信号在两棵线中山上的是同样幅度和极性的+v信号，在接收端差值的过程中互相抵消了。
由于抗干扰能力强，数字信号不易出错，可以避免因校验出错引起的重发，从这个意义上说差分信号传输速率。
差分的概念在《模拟电路》课程里已经学习过了。
差分信号是一对大小相等而极性相反的对称信号，差分信号用于传输有用的信号。
共模信号是作用于差分信号线上的一对大小相等极性也相同的信号，共模信号往往来自于外部干扰。
差分信号在接收端是靠差分放大器来检测的。
差分放大器只对两路输入信号之间的差值起放大作用，而对两路输入信号共同对地的电位不起作用。
差分传输的信号能够对外部干扰能够起到很强的抗干扰能力。
原始的输入信号经过倒相器和缓冲器之后形成一对大小相等而极性相反的差分信号。
对模拟信号，倒相器可以用运算放大器的反相比例放大电路来实。
差分信号（DifferentialSignal）
差分信号（DifferentialSignal）差分信号（Differential Signal）在⾼速电路设计中的应⽤越来越⼴泛，电路中最关键的信号往往都要采⽤差分结构设计，什么另它这么倍受青睐呢？在 PCB 设计中⼜如何能保证其良好的性能呢？带着这两个问题，我们进⾏下⼀部分的讨论。
何为差分信号？通俗地说，就是驱动端发送两个等值、反相的信号，接收端通过⽐较这两个电压的差值来判断逻辑状态“0”还是“1”。
⽽承载差分信号的那⼀对⾛线就称为差分⾛线。
差分信号和普通的单端信号⾛线相⽐，最明显的优势体现在以下三个⽅⾯：a.抗⼲扰能⼒强，因为两根差分⾛线之间的耦合很好，当外界存在噪声⼲扰时，⼏乎是同时被耦合到两条线上，⽽接收端关⼼的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。
b.能有效抑制 EMI，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。
c.时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，⽽不像普通单端信号依靠⾼低两个阈值电压判断，因⽽受⼯艺，温度的影响⼩，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。
⽬前流⾏的 LVDS（low voltage differential signaling）就是指这种⼩振幅差分信号技术。
对于 PCB ⼯程师来说，最关注的还是如何确保在实际⾛线中能完全发挥差分⾛线的这些优势。
也许只要是接触过 Layout 的⼈都会了解差分⾛线的⼀般要求，那就是“等长、等距”。
等长是为了保证两个差分信号时刻保持相反极性，减少共模分量；等距则主要是为了保证两者差分阻抗⼀致，减少反射。
“尽量靠近原则”有时候也是差分⾛线的要求之⼀。
但所有这些规则都不是⽤来⽣搬硬套的，不少⼯程师似乎还不了解⾼速差分信号传输的本质。
下⾯重点讨论⼀下 PCB 差分信号设计中⼏个常见的误区。
误区⼀：认为差分信号不需要地平⾯作为回流路径，或者认为差分⾛线彼此为对⽅提供回流途径。
什么是差分信号它是如何定义的
什么是差分信号它是如何定义的一个差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。
从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。
在某些系统里，系统地被用作电压基准点。
当地当作电压测量基准时，这种信号规划被称之为单端的。
我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。
另一方面，一个差分信号作用在两个导体上。
信号值是两个导体间的电压差。
尽管不是非常必要，这两个电压的平均值还是会经常保持一致。
我们用一个方法对差分信号做一下比喻，差分信号就好比是跷跷板上的两个人，当一个人被跷上去的时候，另一个人被跷下来了- 但是他们的平均位置是不变的。
继续跷跷板的类推，正值可以表示左边的人比右边的人高，而负值表示右边的人比左边的人高。
0 表示两个人都是同一水平。
图1 用跷跷板表示的差分信号应用到电学上，这两个跷跷板用一对标识为V+和V-的导线来表示。
当V+>V-时，信号定义成正极信号图2 差分信号波形和单端等价图2 差分对围绕摆动的平均电压设置成2.5V。
当该对的每个信号都限制成0-5V 振幅时，偏移该差分对会提供一个信号摆动的最大范围。
当用单一5V 电源操作时，经常就会出现这种情况。
当不采用单端信号而采取差分信号方案时，我们用一对导线来替代单根导线，增加了任何相关接口电路的复杂性。
那么差分信号提供了什么样的有形益处，才能证明复杂性和成本的增加是值得的呢？差分信号的第一个好处是，因为你在控制基准电压，所以能够很容易地识别小信号。
在一个地做基准，单端信号方案的系统里，测量信号的精确值依赖系统内地的一致性。
信号源。
差分信号
误区二
认为保持等间距比匹配线长更重要。在实际的PCB布线中，往往不能同时满足差分设计的要求。由于管脚分 布，过孔，以及走线空间等因素存在，必须通过适当的绕线才能达到线长匹配的目的，但带来的结果必然是差分 对的部分区域无法平行。PCB差分走线的设计中最重要的规则就是匹配线长，其它的规则都可以根据设计要求和 实际应用进行灵活处理。
优点
当不采用单端信号而采取差分信号方案时，我们用一对导线来替代单根导线，增加了任何相关接口电路的复 杂性。那么差分信号提供了什么样的有形益处，才能证明复杂性和成本的增加是值得的呢？
差分信号的第一个好处是，因为你在控制'基准'电压，所以能够很容易地识别小信号。在一个地做基准，单 端信号方案的系统里，测量信号的精确值依赖系统内'地'的一致性。信号源和信号接收器距离越远，他们局部地 的电压值之间有差异的可能性就越大。从差分信号恢复的信号值在很大程度上与'地'的精确值无关，而在某一范 围内。
的优势
单端信号通常总是参照某种“参考”电平。这种“参考”电平可能是一个正值电压也可能是地电压、一个器 件的阈值电压、或者是其它什么地方的另外一个信号。而另一方面差分信号则总是参照该差分线对中的另一方。 也就是说，如果一个信号线(+信号)上的电压高于另一个信号线(-信号)上的电压，那么我们就可以得到一种逻辑 状态；而如果前者低于后者那么我们就可以得到另外的一种逻辑状态。
VDS不是传输速率快，是抗干扰能力强。有信号时，一棵线电压+V，另一棵线电压-V，接收端获得的信号是 两者的差值+V-(-V)=2V。外界的干扰信号在两棵线上的是同样幅度和极性的+v信号，在接收端差值的过程中互相 抵消了。由于抗干扰能力强，数字信号不易出错，可以避免因校验出错引起的重发，从这个意义上说差分信号传 输速率更高。
差分信号原理
差分信号原理差分信号原理是指在信号处理中，利用差分信号来进行数据处理和分析的一种原理。
差分信号是指通过对信号进行差分运算得到的新信号，其可以用来观察信号的变化趋势、提取信号中的特征信息等。
在实际应用中，差分信号原理被广泛应用于各种领域，如通信、控制、图像处理等。
本文将介绍差分信号原理的基本概念、应用场景以及相关算法。
差分信号原理的基本概念。
差分信号是指通过对信号进行差分运算得到的新信号。
其数学表达式可以用下式表示：Δx[n] = x[n] x[n-1]其中，Δx[n]表示差分信号，x[n]表示原始信号。
差分信号可以反映信号在相邻采样点之间的变化情况，可以用来观察信号的变化趋势、提取信号中的特征信息等。
差分信号原理的应用场景。
差分信号原理在实际应用中具有广泛的应用场景。
其中，最常见的应用场景之一是在通信系统中。
在数字通信系统中，差分编码调制（Differential Coding）就是一种利用差分信号原理来进行信号调制的技术。
通过对信号进行差分编码，可以有效地抵抗传输过程中的噪声干扰，提高信号的可靠性和抗干扰能力。
此外，差分信号原理还被广泛应用于控制系统中。
在控制系统中，差分信号可以用来观察系统的动态响应，判断系统的稳定性和动态特性，从而实现对系统的有效控制。
在图像处理领域，差分信号原理也被广泛应用。
通过对图像进行差分运算，可以提取图像中的边缘信息，实现图像的边缘检测和特征提取。
差分信号原理的相关算法。
在实际应用中，为了实现对信号的差分处理，通常会采用一些相关的算法。
其中，最常见的算法之一是差分算法。
该算法可以对信号进行离散差分运算，得到差分信号。
此外，还有一些其他的算法，如差分脉冲编码调制（DPCM）、差分脉冲编码调制（DM)等，它们都是基于差分信号原理来进行信号处理和编码的。
总结。
差分信号原理是一种在信号处理中广泛应用的原理，通过对信号进行差分运算，可以得到新的差分信号，用来观察信号的变化趋势、提取信号中的特征信息等。
mcu处理差分信号
mcu处理差分信号
MCU处理差分信号主要涉及以下步骤：
1. 差分信号的生成：首先，需要将原始信号转换为差分信号。
这通常通过差分驱动器或差分放大器完成，它们可以将单端信号转换为差分信号。
2. 差分信号的传输：差分信号通过一对相互绝缘、相互平行的传输线传输。
在理想情况下，每一对传输线上的信号幅度相等、相位相反，因此外部电磁干扰产生的共模噪声被抵消，差分信号能够可靠传输。
3. 差分信号的接收：在接收端，差分信号被差分接收器接收并还原为原始信号。
差分接收器具有很高的共模抑制比，能够有效地抑制共模噪声，并提取出差分信号中的有用信息。
4. 差分信号的解码：在某些应用中，差分信号还需要进行解码。
解码过程取决于编码方式，常见的解码方法包括解码器、逆变器等。
5. 差分信号的处理：处理解码后的差分信号，进行必要的信号处理或控制操作。
这可能包括数字信号处理、控制算法等。
以上步骤是MCU处理差分信号的基本流程，实际应用中可能因具体需求和设备配置而有所不同。
如有需要，可以咨询相关领域的技术人员。
通信电子中的差分信号处理技术
通信电子中的差分信号处理技术差分信号处理技术是通信电子领域中常用的一种信号处理方法，它可以有效的降低传输中的噪声干扰和提高信号的稳定性。
在通信电子领域中，使用差分信号处理技术能够显著提高信号传输的可靠性和稳定性，从而提升通信系统的整体性能。
一、差分信号处理技术的原理差分信号处理技术是基于两个方向相反或相同的信号之间的差异进行信号处理的一种技术方法，它主要包含以下两个方面的原理。
1. 相邻信号差值原理差分信号处理技术可以将信号差值取出，即两个信号相减，从而得到两个信号之间的差异。
当传输信号中存在噪声干扰时，将两个信号之间的差异传递到后续的信号处理部分，可以在一定程度上抵消噪声干扰。
2. 差分模式抑制原理差分信号处理技术不仅可以抵消信号中的噪声干扰，还可以通过不同信号的排列方式，起到差分模式抑制的效果。
差分信号处理技术可以减弱信号在传输过程中的共模干扰，从而提高信号传输的可靠性。
二、差分信号在通信电子中的应用差分信号处理技术在通信电子领域中有着广泛的应用。
以差分信号驱动器为例，通过改变驱动电磁机的电压差异，可以控制电机的转速和转向。
通信电子领域中的常用差分信号处理器包括差分放大器、差分运算放大器、差分ADC、差分驱动输出等。
1. 差分放大器差分放大器是一种常见的差分信号处理器，它可以将输入信号的两个引脚之间的电压差，转换为差分输出电压。
差分放大器通常被用于增强信号强度、抑制噪声、提高共模抑制比等方面。
2. 差分运算放大器差分运算放大器通常是一种更复杂的差分放大器，它具有更高的增益以及更高的带宽，能够对信号进行更加细致的处理。
差分运算放大器通常被用于实现差分模式输入和差分模式输出，以提高信号传输的稳定性和可靠性。
3. 差分ADC差分ADC广泛应用于高速模数转换器中，它可以在信号转换过程中抑制干扰信号，提高信号采集的精度和稳定性。
差分ADC 通常采用差分模式输入和单端模式输出，可在大范围内进行信号增强和滤波处理。
差分信号抗干扰原理
差分信号抗干扰原理差分信号抗干扰（Differential Signal Anti-Interference）技术是一种在高速数据传输中抗干扰的方法。
它通过在传输信号中引入两个相反但具有相同幅度的信号，在接收端通过差分方式处理信号，抑制了通信中的干扰信号，提高了信号的可靠性和稳定性。
1.干扰抵消：差分信号采用了两个相反的信号使得干扰信号的共模部分被抵消。
在传输过程中，由于共模信号的强度相同但方向相反，它们在接收端被相互抵消。
只有差模部分的信号被接收，从而提高了通信的抗干扰能力。
2.抗电磁干扰：差分信号采用了两个相对的信号，即正信号和负信号。
由于电磁干扰普遍存在于传输线路周围，正负信号在传输线路中的电磁干扰上产生的幅度相等但方向相反，因此干扰信号会在接收端彼此抵消，从而提高了抗电磁干扰能力。
3.提高信号的抗噪声能力：在传输信号过程中，噪声信号往往是随机的，因此正负信号在噪声信号上产生的幅度相等但方向相反。
通过差分方式处理信号，噪声信号在接收端也会彼此抵消，从而提高了信号的抗噪声能力。
4.提高信号的传输带宽：由于正负信号在传输过程中具有相同的幅度，而干扰信号通常具有不同的幅度。
通过差分方式处理信号，可以使接收端只接收到差模部分的信号，从而提高了信号的传输带宽。
差分信号抗干扰技术在现代高速数据传输中得到广泛应用。
例如，在差分串行接口中（如USB、HDMI等），差分信号抗干扰技术被用于提高数据传输的可靠性和稳定性。
在医疗设备、工业自动化等领域中，差分信号抗干扰技术也被广泛应用于各种信号传输中。
总体而言，差分信号抗干扰技术通过引入正负信号、差模处理等方式，在高速数据传输中提高了信号的抗干扰能力和可靠性。
它可以有效地抵消共模干扰、电磁干扰和噪声干扰，提高了信号传输的可靠性和稳定性，同时也增加了信号的传输带宽。
在现代通信技术和电子设备中，差分信号抗干扰技术已成为一种常用和重要的技术手段。
差分信号基础知识
差分信号1概述差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输差分信号(4张)在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相反。
在这两根线上的传输的信号就是差分信号。
信号接收端比较这两个电压的差值来判断发送端发送的是逻辑0还是逻辑1。
在电路板上，差分走线必须是等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的两根线。
2简介含义差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。
差分信号又称差模信号，是相对共模信号而言的。
我们用一个方法对差分信号做一下比喻，差分信号就好比是跷跷板上的两个人，当一个人被跷上去的时候，另一个人被跷下来了- 但是他们的平均位置是不变的。
继续跷跷板的类推，正值可以表示左边的人比右边的人高，而负值表示右边的人比左边的人高。
0 表示两个人都是同一水平。
图1 用跷跷板表示的差分信号应用到电学上，这两个跷跷板用一对标识为V+和V-的导线来表示。
特点从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。
在某些系统里，"系统地"被用作电压基准点。
当'地'当作电压测量基准时，这种信号规划被称之为单端的。
我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。
另一方面，一个差分信号作用在两个导体上。
信号值是两个导体间的电压差。
尽管不是非常必要，这两个电压的平均值还是会经常保持一致。
可以想象，这两个导体上被同时加入的一个相等的电压，也就是所谓共模信号，对一个差分放大系统来说是没有作用的，也就是说，尽管一个差分放大器的输入有效信号幅度只需要几毫伏，但它却可以对一个高达几伏特的共模信号无动于衷。
这个指标叫做差分放大器的共模抑制比（CMRR），一般的运算放大器可以达到90db以上，高精度运放甚至达到120db。
因为干扰信号一般是以共模信号的形式存在，所以差分信号的应用极大地提高了放大器系统的信噪比。
优点当不采用单端信号而采取差分信号方案时，我们用一对导线来替代单根导线，增加了任何相关接口电路的复杂性。
差分信号 电压
差分信号电压
差分信号是指由两个相对电位不同的信号构成的信号对。
在电路和通信系统中，差分信号常用于减少干扰、提高信号完整性和抗噪性。
以下是有关差分信号电压的详细介绍：
定义：
单端信号：一般的信号都是单端信号，即相对于某个参考电位的电压信号。
差分信号：由两个相对电位不同的信号的差值构成，通常表示为V diff =V1−V2，其中V1V2是两个信号的电压。
优势：
抗干扰性：差分信号在传输中对电磁干扰和噪声的抗性更强，因为干扰往往会影响两个信号的相同方面，而差分信号依赖于差值。
共模抑制：差分信号的差值减小了共模信号（两个信号的相同部分），使得系统更容易抑制这些共模信号。
信号完整性：在长距离传输中，差分信号能够更好地保持信号完整性，减小信号失真。
应用领域：
通信：高速差分信号在数据传输中常用于降低时延、提高数据速率。
模拟电路：在一些放大器和传感器接口中，采用差分信号可以提高信噪比。
数字信号处理：在差分信号的处理中，常用在差分放大器和差分放大输入的ADC（模数转换器）等。
电压表示和分析：
差分电压：
表示差分信号的电压，是两个信号电压之差。
共模电压：
表示共模信号的电压，是两个信号电压之和的一半。
总体而言，差分信号在电子系统中广泛应用，特别是在对抗噪声、提高传输质量和增强信号完整性方面发挥着重要作用。
差分信号传输电平
差分信号传输电平
差分信号传输电平是用于传输信号的电压电平。
在数字通信中，差分信号（也称为差分传输或差动传输）是一种常用的通信技术，可以提高信号的抗干扰性能和传输质量。
差分信号传输具有以下优点：
1.抗干扰能力强：差分信号使用一对信号线来传输信息，其中一个信号是另一个信号的反相。
当外部噪声干扰一个信号线时.，另一个信号线接收到的信号将被噪声抵消，从而降低了噪声的影响。
2.提高传输质量：差分信号在接收端通过比较两个信号的电平差来检测信号变化，从而提高了信号传输的准确性和可靠性。
3.高速传输：由于差分信号在传输过程中具有较低的电磁辐射和反射，因此在高速传输时具有较低的信号衰减。
差分信号传输电平是指在差分信号传输过程中，用于表示信号状态的电压范围。
一般来说，这个范围可以从地电平（接近零伏特）到参考电平（接近正电源电压），再到信号电平（接近正电源电压）。
在实际应用中，根据系统需求和设计要求，可以选择合适的差分信号传输电平。
在通信系统中，差分信号传输电平的选择应考虑传输介质、距离、传输信号的速率、抗干扰能力等因素。
差分信号
1 简介简介简介简介无屏蔽双绞线(UTP)，比如超五类线(Cat-5e)，最初主要设计用于局域网(LAN)传输，因为其具有良好的性能和较低的成本，现已成为其他许多信号传输应用的经济型解决方案。
标准的Cat-5e 线缆中有4 对双绞线，在宽带视频信号的传输系统中，可以采用 4 对双绞线中的3对来传输RGB(红、绿、蓝)的电脑视频信号或YPbPr(亮度和两个色差)的高清分量视频信号。
所需的水平和垂直同步脉冲可以在视频信号消隐间隔中嵌入，也可以在3对双绞线中作为差分信号的共模来传输。
目前，模拟宽频带视频信号主要有RGB信号和高清分量视频信号(YPbPr)量大类。
这些信号在使用标准的四对差分对的UTP 传输线来进行长距离传输时会产生信号质量下降的问题。
一方面是由于传输的“表皮效应”而产生的非线性的带宽限制，从而导致信号弥散和信号的高频成分丢失。
这会使图像的锐度降低，并产生拖尾现象。
另外，由于电缆阻抗损耗引起的低频信号衰减会降低图像的对比度。
还有，由于双绞线扭曲率的不一致会导致三路差分对的传输线长度的不同，从而使三路接收信号的延时不一致，造成图像出现颜色误差。
为了解决以上几个问题，ADI 公司提出了基于UTP 视频传输的自动补偿系统的参考设计，可以针对这些问题来自动进行EQ 补偿和Skew补偿。
22 硬件设计硬件设计硬件设计硬件设计本参考设计整体系统分为两个部分：发送端（Driver Board）和接收端（Receiver Board）。
视频信号通过VGA 接口进入发送端，将单端的RGB 信号调理为差分信号，并将行/场同步信号调制为信号的共模，然后通过UTP（Unshielded Twisted Pair）线来进行长距离传输（通常使用非交叉式网线Cat-5e 即可）。
接收端需要将差分信号转化为单端信号，同时提取行/ 场同步信号。
由于长距离的传输会产生信号衰减和RGB信号不同步的问题，所以在接收端还需要进行EQ补偿和Skew补偿。
常用的差分信号
常用的差分信号Differential signals, also known as balanced signals, are a common technique used in electronic systems to transmit information effectively and accurately. They consist of two complementary signals, typically labeled as "+" and "-", that are transmitted simultaneously over a pair of conductors. The key advantage of differential signals lies in their noise immunity and common-mode rejection capabilities.差分信号，也称为平衡信号，是电子系统中用于有效、准确传输信息的一种常用技术。
它们由两个互补信号组成，通常标记为“+”和“-”，并通过一对导体同时传输。
差分信号的主要优势在于其抗噪声能力和共模抑制能力。
In a differential signaling system, the information is encoded in the difference between the two signals, rather than in the absolute voltage levels of each individual signal. This means that any noise or interference that affects both signals equally will be canceled out when the difference is calculated, resulting in a more robust and reliable signal transmission.在差分信号系统中，信息被编码在两个信号之间的差异中，而不是每个单独信号的绝对电压水平中。
差分信号及设计规则
差分信号及设计规则差分信号是一种常用的传输信号方式，在电子电路设计中经常会遇到。
差分信号所谓差，是指信号以两个正交的波形同时传输，通过差分方式来传输信息，而不是使用单一的信号线。
差分信号的优势在于其抗干扰能力强、传输距离远、传输速率高等特点，因此在高速数据传输、模拟信号传输以及消除共模干扰等方面都有广泛应用。
设计差分信号电路时，需要遵循一些设计规则，以确保信号的传输质量和可靠性。
首先，差分信号的设计规则包括信号的源和负载的匹配。
在差分信号传输过程中，源端和负载端的阻抗要相等，这样才能实现差分信号的完美传输。
此外，差分信号的信号源和信号负载的共模电容要保持匹配，这样可以减小共模干扰的产生。
其次，差分信号电路的耦合电容要合理选择。
对于差分信号电路中的耦合电容，应根据传输速率和信号的频率范围选择合适的数值。
耦合电容的数值太小会导致信号衰减，而数值太大则会影响信号的传输速率。
此外，差分信号电路的布线也需要注意一些规则。
布线的时候应将差分信号线路尽量排列在一起，保持同样长度，以减小差分信号之间的相位差。
同时，布线过程中需要注意距离差分信号线路的其他信号线的距离，以防止干扰信号对差分信号的影响。
另外一个重要的设计规则是差分信号线路的终端匹配。
差分信号线路上的终端需要匹配差分信号的阻抗，通常我们使用差分线路终端匹配电路或者差分传输线终端电阻来实现阻抗匹配。
阻抗的不匹配会导致信号的反射和衰减，影响差分信号的传输质量。
此外，差分信号电路中还需要注意信号的功率管理。
差分信号的功率要适中，过小会导致信号的衰减和噪声的影响，过大则会增加功耗和系统的热量。
因此，在设计差分信号电路时需要合理选择功率，以满足设计要求。
最后，差分信号电路的地与电源的布局也需要特别关注。
地与电源的布局应尽量分离，避免共模干扰。
尤其是在高速传输系统中，将差分信号电路与模拟电路、数字电路、高频电路等进行分离布局可以最大程度地减小共模噪声。
综上所述，差分信号的设计规则对于差分信号传输质量和可靠性至关重要。
差分信号的作用
差分信号的作用
差分信号是指两个信号之间的差值，它在电子电路中有着广泛的应用。
差分信号可以用来消除共模干扰，提高信号的抗干扰能力，同时还可以用来进行信号放大和滤波等操作。
在电子电路中，信号的传输过程中常常会受到各种干扰，其中最常见的就是共模干扰。
共模干扰是指两个信号在传输过程中受到的相同的干扰信号，这种干扰信号会被同时加到两个信号上，从而导致信号的失真和误差。
为了消除共模干扰，可以使用差分信号。
差分信号是由两个信号的差值构成的，因此它不受共模干扰的影响，可以有效地提高信号的抗干扰能力。
除了消除共模干扰外，差分信号还可以用来进行信号放大和滤波等操作。
在信号放大中，差分信号可以通过差分放大器进行放大，从而提高信号的幅度。
在信号滤波中，差分信号可以通过差分滤波器进行滤波，从而去除信号中的高频噪声和干扰信号。
差分信号还可以用来进行数据传输。
在差分传输中，数据信号被编码成差分信号，然后通过传输线路进行传输。
由于差分信号具有较高的抗干扰能力和传输距离，因此差分传输被广泛应用于各种数据传输场合，如USB、HDMI、以太网等。
差分信号在电子电路中有着广泛的应用，它可以消除共模干扰，提高信号的抗干扰能力，同时还可以用来进行信号放大和滤波等操作。
差分信号的应用不仅可以提高电路的性能和可靠性，还可以为各种数据传输提供更加稳定和可靠的传输方式。
FPGA之差分信号
FPGA之差分信号本⽂转载⾃： MYMINIEYE微信公众号1.差分信号简介1.1差分信号区别于传统的⼀根⼀根地线的做法，差分传输在两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相同，相位相反，在这两根线上的传输的信号就是差分信号。
信号接收端通过⽐较这两个电压的差值来判断发送端发送的逻辑状态。
在电路板上，差分⾛线必须是等长、等宽、紧密靠近、且在同⼀层⾯的两根线。
1.2差分信号的抗⼲扰原理在实际线路传输中，线路存在⼲扰，并且同时出现在差分线对上，线路传输⼲扰同时存在于⾛线相同的差分对上，可认为⼀对差分线上所收到的⼲扰是相同的，但是两根传输线之间的电压差是不变的，因此差分信号有较强的抗⼲扰能⼒。
2.Xilinx7系列IO实现差分信号2.1特点Xilinx7系列的HR和HPbank，每个bank有50个I/O管脚，每个I/O管脚都可配置成输⼊、输出。
每个bank的⾸尾管脚只能作为单端I/O，其余48个I/O则可配置成24对差分I/O。
在差分信号的实现过程中，管脚分配应选择相应电平标准的bank中除⾸尾以外的其他48个IO。
2.2实现Xilinx7系列的差分信号的实现主要通过IBUFDS、OBUFDS、IOBUFDS等原语的调⽤，在程序中直接进⾏原语的例化，以IBUFDS和OBUFDS为例：2.2.1IBUFDSIBUFDS：⽤于将差分输⼊信号转化成标准单端信号，且可加⼊可选延迟。
在IBUFDS原语中，输⼊信号为I、IB，⼀个为主，⼀个为从，⼆者相位相反。
源码仿真结果2.2.2OBUFDSOBUFDS：将标准单端信号转换成差分信号，输出端⼝需要直接对应到顶层模块的输出信号，和IBUFDS为⼀对互逆操作。
源码仿真结果3.GOWIN⾼云IO实现差分信号3.1特点与xilinx7系列相⽐Gowin⾼云半导体FPGA产品所有分区都⽀持差分输⼊，所有分区⽀持模拟LVDS差分输出，但需要使⽤外部⽹络，模拟LVDS差分输出使⽤外部电阻匹配和差分LVCMOS缓存输出实现，特定分区⽀持真LVDS差分输出和差分输⼊匹配。
差分信号
差分信号差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相差180度，极性相反。
在这两根线上传输的信号就是差分信号。
传输一个信号用两根线，信号接收端比较这两个电压的差值(用差分放大器实现)来判断发送端发送的是逻辑0还是逻辑1。
在电路板上，差分走线必须是等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的两根线。
差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。
差分信号又称差模信号（两个信号的振幅相等，相位相差180度，极性相反），是相对共模信号（两个信号的振幅相等，相位相同，极性相同）而言的。
为了说明差分放大电路抑制共模信号及放大差模信号的能力，常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量，其定义为放大器对差模信号的电压放大倍数Aud与对共模信号的电压放大倍数Auc之比，称为共模抑制比，英文全称是Common Mode Rejection Ratio，因此一般用简写CMRR来表示，符号为Kcmr，单位是分贝db。
差模信号电压放大倍数Aud越大，共模信号电压放大倍数Auc越小，则CMRR越大。
此时差分放大电路抑制共模信号的能力越强，放大器的性能越优良。
当差动放大电路完全对称时，共模信号电压放大倍数Auc=0，则共模抑制比CMRR→∞，这是理想情况，实际上电路完全对称是不存在的，共模抑制比也不可能趋于无穷大。
差分放大器影响共模抑制比的因素◇ 电路对称性——电路的对称性决定了被放大后的信号残存共模干扰的幅度，电路对称性越差，其共模抑制比就越小，抑制共模信号（干扰）的能力也就越差。
◇ 电路本身的线性工作范围——实际的电路其线性范围不是无限大的，当差模信号超出了电路线性范围时，即使正常信号也不能被正常放大，更谈不上共模抑制能力。
实际电路的线性工作范围都小于其工作电压，这也就是为什么对共模抑制要求较高的设备前端电路也采用较高工作电压的原因。
差分信号的共模电压
差分信号的共模电压在电路设计和信号传输中，差分信号和共模信号是两个重要的概念。
差分信号是指通过两条线传输的信号，信号在两条线上的电压极性相反，而共模信号是指信号在两条线上的电压都相同的情况。
在实际应用中，差分信号的传输方式通常能够提供更好的抗干扰能力和信号质量。
差分信号的共模电压是指差分信号在传输过程中同时存在的与地（或参考电平）之间的电压差。
共模电压对差分信号传输产生的影响常常被称为共模噪声，它会引起信号质量下降和误码率的增加。
共模电压的产生和影响主要源于信号源、信号线和接收端的不完美特性。
下面将分别从这三个方面对差分信号的共模电压进行介绍。
首先，信号源本身可能存在共模电压。
信号源的共模电压可以是由于电源噪声、电源波动或信号源本身的不完美特性引起的。
因此，在设计电路时，我们需要选择低噪声的电源，并对信号源进行优化，以减小共模电压的产生。
其次，信号线对共模电压的产生和传输起着重要作用。
共模电压可以由于信号线与外界的干扰电磁场相互作用而产生。
为了减小共模电压的影响，在设计信号线路时，我们可以采取以下措施：1. 采用屏蔽信号线。
屏蔽信号线可以有效地阻止外界电磁场的进入，并减小共模电压的产生。
在选择屏蔽信号线时，应考虑其屏蔽性能和传输特性。
2. 使用差分线路。
差分线路可以减小共模电压的影响，并提供更好的信号传输质量。
通过在信号源端和接收端分别引入差分线路，可以有效地抵消共模电压的影响。
最后，接收端对共模电压也有一定的容忍度。
接收端通常采用差分输入来进行信号解码和恢复。
通过差分输入，共模电压对信号的影响可以被抵消。
然而，如果共模电压过大，可能会超出接收端的容忍范围，导致信号解码错误或降低解码精度。
因此，在设计接收端时，应根据共模电压的特性来确定合适的容忍度和抗干扰能力。
为了减小差分信号的共模电压对信号传输的影响，我们可以采取一些改善措施：1. 优化信号源和信号线路。
选择低噪声的信号源，并采用屏蔽信号线，可以减小共模电压的产生和传输。
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差分信号缺点
差分电路的主要缺陷是走线的增加。它需
要两根走线而不是一根，或者两倍的电路 板面积。
差分信号电流流向和信号完整性
一般的电流沿走线流动并且必须在一个环路内流动，通常从地返回。 针对差分信号，“差分对”没有通过地返回信号不是因为不能，而是因为返回信号的确存在并且大 小相等且极性相反，所以相互抵销了（和为零）。假设从一个信号（+i）返回的信号严格等于且符 号相反另一个信号（-i），那么它们的和（+i-i）为零，没有电流从任何地方流过（特别是地）。 再假设信号并非严格相等且极性相反。设一个为+i1 另一个为-i2。这里i1 和i2 的值近似但是不等。 返回电流的和为(i1-i2)。因为不是零，这个增加的电流必须从某个地方返回，推测应该是地。 现在假设发送电路发送一对差分信号，严格相等且极性相反。再假定他们在路径的终点仍然如此。 但是如果路径长度不等会如何呢？如果（差分对中的）一条路径比另外一条长，那么信号在传输到 接收器的阶段就不再是严格相等且极性相反了（下图）。如果信号在它们从一个状态到另一个状态 的转变过程中不再是严格相等且相反，没有电流流经地就不再是正确的了。如果有流经地的电流存 在，那么电源完整性就一定成为一个问题，并且可能EMI也会成为一个问题。
状态变化点
当差分信号曲线交叉时逻辑状态在该点发生变化。相比单端信号（以一个不太精确的 受电路板其他位置的噪声的干扰的信号为参考）差分信号（彼此互为参考）的翻转时 序可以更精确地设定。差分对的交叉点定义得非常精确（下图 ）。而单端信号位于逻 辑 1 和逻辑 0 之间的交叉点受制于（举例）噪声、噪声门限以及门限检测问题等等。
有效差模阻抗和差分阻抗
有效（差模）阻抗 电压V1以地为参考。线1的有效阻抗（单独来看，在差分对中叫做“差模”阻抗，通 常叫做“单线”阻抗）为电压除以电流，或：Zodd = V1/i1 = Z0*(1-k) 由上可知，因Z0 = Z11 且 k = Z12/Z11，上式可写成： Zodd = Z11 - Z12 为了防止反射，正确的端接方法是用一个值为Zodd的电阻。类似的，线2的差模阻抗 与此相同（在对称差分对的特定情形下）。 差分阻抗 假定在某一瞬间将两根走线用电阻端接到地。因为i1 = -i2，所以根本没有电流流经地。 也就是说，没有真正的理由把电阻接地。因此，有人认为，为了将差分信号和地噪声 隔离，一定不能将它们接地。因此通常的连接形式如图1(c)中所示，用单个电阻连接 线1与线2。电阻的值是线1和线2差模阻抗的和，： Zdiff = 2*Z0*(1-k) 或2*(Z11 - Z12) 这就是为什么经常看到实际上一个差分对具有大约80Ω的差分阻抗，而每个单线
如果想控制EMI，就需要将环路面积最小化。做到这一点的方法：将 差分线彼此靠近布线。在高速环境中，差分线彼此靠得越近布线，走 线下方所感应的电流的环路就越小，EMI 也可以得到更好的控制。 另外，差分接收器设计为对输入信号的差敏感而对输入的共模偏移不 敏感。也就是说即使（+）输入相对（-）输入仅有轻微的偏移，接收 器也会检测到。但是如果（+）和（-）输入一起偏移（在同样的方 向），相对而言接收器对这种偏移不敏感。因此如果任何外部噪声 （比如EMI或串扰）等同地耦合到差分线中，接收器将对此种（共模 耦合）噪声不敏感。差分线布得越彼此靠近，任何偶合噪声在每根走 线上就越相近。因此电路的噪声抑制就越好。
单端和差分的参考电平区别
差分信号仅参考到与其配对信号。也就是
说，如果一根走线（正信号）上的电压比 另外一根走线（负信号）高，我们就得到 了一个逻辑状态，如果是低，我们就得到 另外一个逻辑状态。而单端信号需要和某 些参考电位进行比较。这个参考电位可能 是GND、一个元件的门限电压、或者电路 中另一个电信号。
差分对阻抗
V1 = Z11*i1 + Z11*k*i2 （1） V2 = Z22*i2 + Z21*k*i1 注意假设在仔细设计并且是对称的情况下，Z11 = Z22 = Z0，且i2 = -i1 则： V1 = Z0*i1*(1-k) （3） V2 = -Z0*i1*(1-k) 推出：V1 = -V2，这是理想差分对的特性。
Zdiff 的计算
即使理解Zdiff是2*(Z11-Z12)也不是很有用，因为Z12的值并不直观。但是，当我们 看到Z12与耦合系数k有关，事情就变得清晰了。国家半导体发布的计算Zdiff的公式 [参考国家半导体“Introduction to LVDS”（第28-29页），可以从其官方网站上访 问：/appinfo/lvds/。]已经被广泛接受： Zdiff = 2*Z0(1-.48*e-.96*S/H) 微带线 Zdiff = 2*Z0(1-.347*e-2.9*S/H) 带状线 其中的术语在图2中定义。Z0为其传统定义。
差分信号优点
除本身差分信号外，无其他信号，方便控制。 因为差分电路对两根走线（两者的信号大小相等极性相反）上信号的差作出响应，得 到的净信号两倍于（可比的环境噪声）任一单端信号。因此在其它条件等同的情况下， 差分信号有着更大的信噪比及性能。 差分电路对线对信号之间的电位差敏感。但是（相对地）对线上与其它参考电压相比 （特别是地）的绝对电位不敏感。因此，相对而言，差分电路对诸如地弹、其它存在 于电源和/或地平面的噪声信号以及可能出现在每一根走线中相等的共模信号这样的问 题不敏感。如果没有通过地返回信号，地回路的连续性相对就变得不重要了。因此， 假如我们有一个模拟信号通过差分对连接到数字器件，就无需担心跨越电源边界，平 面不连续等等问题。 差分信号对EMI和串扰略微免疫。如果线对走得很近，这样任何外部耦合噪声将相等地 耦合进线对。这样一来耦合噪声就变成“共模”噪声，而电路对此是（理论上）免疫 的。如果导线是“缠绕”（比如双绞线）的，那么对噪声的免疫性就更好。因为我们 将印制板上的差分走线缠绕起来，把它们尽可能地靠近走线就是最好的办法了。 控制一对信号的交点比控制一个关于其他参考电压的绝对电压容易。这也是走线要精 确等长的原因之一。
2条并行线（线对）的阻抗
下图演示了一对走线。线1具有特征阻抗Z11，与上文中Z0一致，电流i1。线2具有类 似的定义。当我们将线2向线1靠近时，线2上的电流开始以比例常数k耦合到线1上。 类似地，线1的电流i1开始以同样的比例常数耦合到线2上。每根走线上任意一点的电 压，还是根据欧姆定律，为： V1 = Z11*i1 + Z11*k*i2 （1） V2 = Z22*i2 + Z22*k*i1 现在我们定义Z12 = k*Z11以及Z21 = k*Z22。这样，式（1）就可以写成： V1 = Z11*i1 + Z12*i2 （2） V2 = Z21*i1 + Z22*i2 这个方程组可以推广到任意数量的走线。
共模阻抗
共模阻抗与上面略有不同。第一个差别是i1 = i2（没有负号），这样式3就变成： V1 = Z0*i1*(1+k) （4） V2 = Z0*i1*(1+k) 并且正如所期望的，V1 = V2。因此单线阻抗是Z0*(1+k)。在共模情况下，两 根线的端接电阻均接地，所以流经地的电流为i1+i2且这两个电阻对器件表现为并联。 也就是说，共模阻抗是这些电阻的并联组合，或： Zcommon = (1/2)*Z0*(1+k)，或Zcommon = (1/2)*(Z11 + Z12) 注意，这里差分对的共模阻抗大约为差模阻抗的1/4。
设计要求之差分对的线距必须在全线为常数。
差分阻抗因互耦而变，而互耦因线距而变。等距则主要是为了保证两者差分阻抗一致， 减少反射。因此在任何情况下，走线阻抗，也就是互耦，在全线为常数是很重要的。 所以差分对的线距必须在全线为常数。
单线阻抗
下图演示了一个典型的单根走线。其特征阻抗是Z0，其 上流经的电流为i。沿线任意一点的电压为V=Z0*i（根据 欧姆定律）。 注：所谓的阻抗匹配是指有信号流过时，电路上的阻抗。 即R=V/I。例如视频线阻抗是75ohm。无信号时，使用 万用表测量此线是0ohm 的。
差分信号
Sem.li 2012-4
简单的描述差分信号
就是驱动端发送两个等值、反相的信号，接收端通过比较这两个电压的差值来判断逻 辑状态“0”还是“1”。而承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。一般可以认为 其中一根走线传送正信号而另一根传送负信号，并且大小相等极性相反，没有通过地 的返回信号；信号沿一根走线前进并从另外一根返回。 从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电 压而言的。在某些系统里，系统‘地’被用作电压基准点。当‘地’作电压测量基准 时，这种信号规划被称之为单端的。差分信号是两条信号相互做参考。假设一个信号 是V+，另一个信号是V-。当V+>V-时，信号定义成正极信号，当V+<V-时，信号定 义成负极信号。需要注意 V+与V-都围绕基准电压（本图中是2.5V）翻转。
设计要求之走线等长
按照上页的说法，线不等长，会造成信号
不是严格的大小相等、极性相反。这样会 造成不受控的地电流流动，这样会造成严 重的共模EMI问题。
感应电流
和上页相关，即使没有地电流，也会有感应电流产生。任何高速信号都能够（并且一 定会）在相邻电路（或者平面）产生一个耦合信号。这种机制与串扰的机制完全相同。 这是由电磁耦合，互感耦合与互容耦合的综合效果引起的。因此，如同单端信号的返 回电流倾向于在直接位于走线下方的平面上传播，差分线也会在其下方的平面上产生 一个感应电流。 但这不是返回电流。所有的返回电流已经抵消了。因此，这纯粹是平面上的耦合噪声。 问题是，如果电流必须在一个环路中流动，剩下来的电流到哪里去了呢？这是因为有 两根走线，其信号大小相等极性相反。其中一根走线在平面一 个方向上耦合了一个信 号，另一根在平面另一个方向上耦合了一个信号。平面上这两个耦合电流大小相等 （假设其它方面设计得很好）。因此电流完全在差分走线下方的一个环路中流动（下 图）。它们看上去就像是涡流。耦合电流在其中流动的环路由（a）差分线自身和（b） 走线在每个端点之间的间隔来定义。