簡述單端接口與差動(dòng)接口的對(duì)比

作者：Thomas Kugelstadt，德州儀器 （TI） 高級(jí)應(yīng)用工程師

單端數(shù)據(jù)傳輸僅使用一條信號(hào)線，其電勢(shì)被看作接地。在信號(hào)線為信號(hào)電流提供正向通道時(shí)，接地線會(huì)提供回流通道。

單端接口的主要優(yōu)點(diǎn)可概括為簡潔性和較低的實(shí)施成本。然而，它們極易受噪聲拾取的影響，因?yàn)橐氲叫盘?hào)或者接地通道的噪聲直接加到接收機(jī)輸入，從而引起偽接收機(jī)觸發(fā)。另一個(gè)問題是串?dāng)_，特別是在一些更高頻率條件下，其為鄰近信號(hào)和控制線路之間的電容和電感耦合。最終，由于信號(hào)線跡和接地層之間的物理差異，單端系統(tǒng)中產(chǎn)生的橫向電磁波 （TEM） 會(huì)輻射到電路環(huán)境中，從而成為鄰近電路的巨大電磁干擾源（EMI）。

差動(dòng)信號(hào)傳輸使用由兩條導(dǎo)線組成的信號(hào)對(duì)：一個(gè)用于正向電流，而另一個(gè)用于返回電流。每個(gè)信號(hào)導(dǎo)線均有一個(gè)共模電壓 VCM，其由 50% 差動(dòng)驅(qū)動(dòng)器輸出 VOD 疊加，但極性相反（參見圖 2）。

當(dāng)差動(dòng)對(duì)的導(dǎo)線彼此接近時(shí)，引入到兩個(gè)導(dǎo)線的電耦合外部噪聲均勻地表現(xiàn)為接收機(jī)輸入端的共模噪聲。具有差動(dòng)輸入的接收機(jī)僅受信號(hào)差的影響，但不受共模信號(hào)的影響。因此，接收機(jī)不但抑制了共模噪聲，同時(shí)還保持了信號(hào)完整性。

緊電子耦合還有另外一個(gè)好處。兩個(gè)導(dǎo)線中大小相等但極性相反的電流，會(huì)形成一些相互抵消的磁場(chǎng)。兩個(gè)導(dǎo)線的 TEM 波，現(xiàn)在其磁場(chǎng)被搶走，因此無法輻射到環(huán)境中。只有一些非常小的導(dǎo)線環(huán)路外部邊緣電場(chǎng)可以輻射，從而產(chǎn)生極小的 EMI。

應(yīng)用

緊靠系統(tǒng)控制器使用時(shí)，單端接口允許相對(duì)較高的頻率（高達(dá) 70 MHz）。差動(dòng)接口具有極高的抗噪性，可以大大低低 EMI，因此可以在高達(dá) 500 MHz 甚至更高的頻率下傳輸數(shù)據(jù)。

最常用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器接口是內(nèi)部集成電路總線 （I2C）、串行外設(shè)接口總線 （SPI） 和低壓差動(dòng)信號(hào)傳輸接口 （LVDS）。在后面的《信號(hào)鏈基礎(chǔ)知識(shí)》文章中，可以閱讀到這些內(nèi)容。

關(guān)于作者

Thomas Kugelstadt 是德州儀器的一名高級(jí)系統(tǒng)工程師，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)新型高性能模擬產(chǎn)品、開發(fā)可在工業(yè)系統(tǒng)中檢測(cè)和調(diào)節(jié)低級(jí)模擬信號(hào)的完整系統(tǒng)解決方案。在 TI 長達(dá) 20 年的工作中，他曾在歐洲、亞洲以及美國擔(dān)任多個(gè)國際性應(yīng)用職位。Thomas 以見習(xí)工程師身份畢業(yè)于法蘭克福應(yīng)用科技大學(xué) （the Frankfurt University of Applied Science）。

編輯：jq