差分信號只是使用兩根信號線傳輸一路信號，依靠信號間電壓差進行判決的電路，既可以是模擬信號，也可以是數字信號。實際的信號都是模擬信號，數字信號只是模擬信號用門限電平量化后的取樣結果。因此差分信號對于數字和模擬信號都可以定義。

　　一個差分信號是用一個數值來表示兩個物理量之間的差異。從嚴格意義上來講，所有電壓信號都是差分的，因為一個電壓只能是相對于另一個電壓而言的。在某些系統里，系統“地”（GND）被用作電壓基準點。當“地”當作電壓測量基準時，這種信號規劃被稱之為單端的。我們使用該術語是因為信號是用單個導體上的電壓來表示的。

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

　　差分的概念在《模擬電路》課程里已經學習過了。差分信號是一對大小相等而極性相反的對稱信號，差分信號用于傳輸有用的信號。共模信號是作用于差分信號線上的一對大小相等極性也相同的信號，共模信號往往來自于外部干擾。差分信號在接收端是靠差分放大器來檢測的。差分放大器只對兩路輸入信號之間的差值起放大作用，而對兩路輸入信號共同對地的電位不起作用。

　　差分傳輸的信號能夠對外部干擾能夠起到很強的抗干擾能力。

　　原始的輸入信號經過倒相器和緩沖器之后形成一對大小相等而極性相反的差分信號。對模擬信號，倒相器可以用運算放大器的反相比例放大電路來實現，緩沖器可以用運算放大器的同相跟隨電路來實現。對數字信號，可以分別用“非門”邏輯和同相緩沖器來實現。

　　差分信號在PCB（印制線路板）上被安排成“密近平行線”（PCB布線要領！），用電纜連接兩臺設備時則采用并行排線或雙絞線。在差分信號傳輸過程中會遇到外部干擾信號，但是，由于兩根差分信號線始終在一起，因此干擾信號一般都會同時作用在兩根信號線上，形成疊加在兩根信號線上大小相等相位也相同的共模信號。

　　到了接收端，差分放大器只對差分信號（有用信號）敏感，而對共模信號（干擾信號）形成抑制。這樣，差分傳輸的信號就具備了很強的抗干擾能力，因此特別適用于中遠距離通信或高速通信。相比之下，UART的兩根信號線TXD和RXD就不適合于遠距離通信，因為不是差分信號，所以一旦遇到外部干擾，信號就會嚴重畸變，在接收端因無法區分有用信號的和干擾信號而會形成大量的誤碼。

　　簡單地講，差分信號就是兩個相關信號的差值，本文介紹的是電壓差分信號，它已經廣泛的用于音頻、數據傳輸和電

　　話中。雖然比單端輸入信號系統要復雜，但差分信號系統的優點是明顯的。第一，差分信號對外部電磁干擾（EMI）是高度免疫的。一個干擾源對差分信號對的每一端影響都是相同的。因為由電壓差來決定信號，兩邊的干擾相抵，信號便不會有大幅的變化。第二，差分信號有利于識別微小信號。在差分信號系統中，基準點是由使用者來確定的，可以選擇兩輸入端的平均信號作為基準點，這就減小了信號的擺動范圍。第三，單端輸入系統的信號要依靠虛地，而差分信號就不需要這樣一個虛地，增加了雙極型信號的保真度和穩定性。第四，差分信號的時序定位精確。差分信號受工藝和環境溫度的影響小，可降低時序上的誤差。目前流行的LVDS就是一種小振幅差分信號技術。

　　差分放大器就是接受和輸出差分信號的器件，同運算放大器一樣，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）能獨立地被差分電壓控制。圖1是差分放大器的簡明原理圖。

　　圖1 標準的差分放大器

　　新型的差分放大器

　　差分放大器有幾個優點。第一是抗噪聲能力，這一點在介紹差分信號時已經提及了。第二個優點是增加了差分輸出電壓擺動（見圖2）。這其中的道理也不復雜，輸出端的兩電壓為反相，其差值當然是單端輸出的2倍了。第三個優點是減少了偶數階的信號失真。為了解釋這個道理，我們把輸出端電壓表示成輸入端的多階函數合。

　　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，偶數階被消去了。

　　為了適應市場的發展，各家公司紛紛推出了各自的差分放大器產品，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。憑借著工藝的進步，這些產品的技術參數都達到了很高的水平。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時有 0.1dB增益平坦度帶寬；能驅動從直流到100MHz的ADC。