概念
关于差分信号，简单的说就是两根线同时传输信号，振幅相等，极性相反。
优点
1、抗干扰能力强。一般的噪声干扰施加到差分信号上，由于两根线的噪声基本一致，差值仍不变，不会影响到逻辑信号。
2、可以有效抑制电磁干扰EMI。两根线相距较近，极性相反，电磁场互相抵消，对周围的电磁干扰也很小。
布线要求
1、等长，等长的目的是为了保证在终端时信号的极性相反，减少共模分量。
差分信号是用一对互补、等幅反相 的信号传输信息，靠电压差 判断逻辑，核心优势是强抗共模干扰、低 EMI、高速稳定，是高速 / 高可靠传输的主流方案。
一、核心定义与原理
- 定义：用两根线（D+、D-）传输一个信号，D + 为原始信号，D - 为其反相（180° 相位差），振幅严格相等。
- 判断逻辑 ：接收端不取单端对地电压，只看Vdiff = V(D+) − V(D−) ：
- 逻辑 1：Vdiff > 0（如 D+=+2.5V，D−=−2.5V → Vdiff=+5V）
- 逻辑 0：Vdiff < 0（如 D+=−2.5V，D−=+2.5V → Vdiff=−5V）
- 抗干扰原理（共模抑制） ：外界噪声 / 串扰会同时、同等 叠加在两根线上（共模噪声），相减后被抵消；有效信号因反相，差值被加倍放大。
二、关键参数
- 差模电压（Vdiff）：两根线的电压差，承载有效信号（如 LVDS：±350mV）。
- 共模电压（VCM）：两根线电压的平均值（VCM = (V (D+)+V (D−))/2），决定直流偏置（如 LVDS：1.2V）。
- 共模抑制比（CMRR）：衡量差分放大器抑制共模噪声的能力，单位 dB，值越大抗干扰越强。
三、核心优势
- 超强抗共模干扰：外部 EMI、地弹、电源噪声等被大幅抑制，适合恶劣电磁环境。
- 低 EMI 辐射：两根线电流反向，磁场相互抵消，对外辐射远小于单端信号。
- 高速能力：差模摆幅小（数百 mV），压摆率要求低，可实现更高频率与带宽。
- 信号完整性好：减少对参考地的依赖，降低地弹与串扰影响，时序更稳定。
- 功耗更低：小摆幅 + 低阻抗，驱动功耗显著降低。
四、主要缺点
- 布线成本高：一个信号需两根线，占用更多 PCB 面积与引脚资源。
- 设计约束严 ：差分对必须等长、等宽、紧密耦合、同层、阻抗匹配，否则会破坏差分特性、引入差模噪声。
五、与单端信号对比
六、常见差分标准与应用
- LVDS（Low-Voltage Differential Signaling）：差模 ±350mV，共模 1.2V；用于 LCD、摄像头、高速板间通信。
- USB 2.0/3.x：D+、D−差分对；高速数据传输，抗干扰强。
- 以太网（RJ45）：差分双绞线（TX±、RX±）；长距离、高速、抗干扰。
- HDMI/DP：多对差分线传输音视频；高带宽、低噪声。
- MIPI D-PHY/C-PHY：手机摄像头 / 屏幕；低功耗、高速、抗干扰。
- 音频平衡传输（XLR/TRS）：专业音响，抑制环境噪声。
七、PCB 设计要点（关键）
- 等长匹配：两根线长度差 < 5mil（高速场景），保证信号同步、相位一致。
- 紧密耦合：平行、间距均匀（通常为线宽的 1--2 倍），增强共模抑制。
- 同层布线：避免跨层，减少阻抗不连续与寄生参数。
- 阻抗控制：按标准设计差分阻抗（如 90Ω/100Ω/120Ω），减少反射。
- 远离干扰源：远离时钟、电源、单端高速线，避免串扰。
- 完整参考平面：下方保持连续地 / 电源平面，提供稳定回流路径。