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差分输入

目前,差分输入在当代的应用可谓是越来越广泛,差分输入是值得我们好好学习的,现在我们就深入了解差分输入。  ---查看全文 >>

关键字:差分 

差分输入

目前,差分输入在当代的应用可谓是越来越广泛,差分输入是值得我们好好学习的,现在我们就深入了解差分输入。

差分输入
差分输入

差分输入的是将两个输入端的差值作为信号,这样可以免去一些误差,比如你输入一个1V的信号电源有偏差,比实际输入要大0.1.就可以用差分输入1V 和2V一减就把两端共有的那0.1误差剪掉了。单端输入无法去除这类误差。
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。
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,当V+<V-时,信号定义成负极信号。  
差分信号的第二个主要好处是,它对外部电磁干扰(EMI)是高度免疫的。一个干扰源几乎相同程度地影响差分信号对的每一端。既然电压差异决定信号值,这样将忽视在两个导体上出现的任何同样干扰。除了对干扰不大灵敏外,差分信号比单端信号生成的 EMI 还要少。
差分信号提供的第三个好处是,在一个单电源系统,能够从容精确地处理'双极'信号。为了处理单端,单电源系统的双极信号,我们必须在地和电源干线之间某任意电压处(通常是中点)建立一个虚地。用高于虚地的电压来表示正极信号,低于虚地的电压来表示负极信号。接下来,必须把虚地正确地分布到整个系统里。而对于差分信号,不需要这样一个虚地,这就使我们处理和传播双极信号有一个高逼真度,而无须依赖虚地的稳定性。

    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。

差分输入
差分输入

差分输入与单端输入

概括:单端输入时, 是判断信号与 GND 的电压差。差分输入时, 是判断两个信号线的电压差。

单端输入:输入信号均以共同的地线为基准,这种输入方法主要应用于输入信号电压较高(高于1 V),信号源到模拟输入硬件的导线较短(低于15 ft),且所有的输入信号共用一个基准地线,如果信号达不到这些标准,此时应该用差分输入。

差分输入:输入信号的电压为两信号线电压的差值。对于差分输入,每一个输入信号都有自有的基准地线;由于共模噪声可以被导线所消除,从而减小了噪声误差。信号受干扰时, 差分的两线会同时受影响, 但电压差变化不大. (抗干扰性较佳) 。而单端输入的一线变化时, GND 不变, 所以电压差变化较大. (抗干扰性较差)

差分输入的优点: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。

综上所述,本文已为讲解差分输入,相信大家对差分输入的认识越来越深入,希望本文能对各位读者有比较大的参考价值

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