差分信号和差模信号的区别联系

差分信号和差模信号的区别联系

在电路与传输中，信号可以用多种方式进行传递。其中包括差分信号和差模信号。差分信号和差模信号，可以用于很多的应用，例如在通信、功率放大器和模拟电路等领域中，起着非常重要的作用。这篇文章将深入探讨这两种信号并从不同的角度比较它们的差异。

差分信号(Differential Signal)

差分信号又称为微分信号，是指由两个相反方向、大小一致并且共享同一地点的信号组成的。这两个信号分别称为正向信号和反向信号。差分信号只有在信号端和接收端两个点是完全对称的时候，它才能正确传递信号，并达到最好的性能表现。

在差分信号中，信号的大小是通过对正负两个信号之间的差异进行比较得到的。这两个信号在传输过程中，可能会受到干扰和噪声的影响，不过由于其特有的结构和构造方式，它仍然能够保持相对较高的信噪比。差分信号广泛应用于以太网、USB、LVDS、UART和许多其他通信协议中，在这些领域中，它是一种可靠的高速传输方式。

差分信号的优点

1. 抗干扰能力强。

差分信号的两个信号在传输过程中，产生的电磁场具有相等的磁矢量但反向的电矢量。这样不论是在传输线上，还是其他外部电磁场的干扰下，差分信号的电磁场具有相等的干扰程度，因此它具有很强的抗干扰能力。

2. 适用于长距离传输。

差分信号传输时，正反两个信号在传输线上的电场互相取消，因此不会在传输中产生“漂移”（drift）现象，从而允许差分信号传输千米以上的距离。

3. 具备高速传输能力。

差分信号传输速率快，能够支持Gb/s级别的数据传输。并且在传输线路设计的时候，差分信号的接口可以进行差分阻抗匹配，进一步提高其传输速率。

4. 具有低电磁辐射。

因为差分信号传输时电磁辐射是互相抵消的，而传输过程中产生的电磁辐射会对其他电器设备造成干扰，于是采用差分信号传输可以有效抑制电磁辐射，并减小对外界造成的干扰。

差模信号(Common Mode Signal)

差模信号也称为共模信号，是指两个信号以相同方向和同步向偏离某个公共点上。简单来讲，差模信号是指在某个电路中，两个信号以相同方向移动，即同时向上或同时向下。

与差分信号不同，差模信号是指两个信号传递到接收端之前的总合或平均电压的大小。一般来说，通过差分测量，可以轻松地得出差模信号的大小，并且可以隔离掉差模信号对差分信号的干扰。

差模信号的优点

1. 提高信噪比。

当差模噪声分量进入整体信号电路时，它们会在所有信号路径中添加相同的信号。因此，通过从总合中剔除该信号，可以获得更好的信噪比。相比之下，使用传递差分信号的传输线路时，差模信号在传输途中被削弱或完全消失，这是因为传输线路本身对差分信号是按对立状态工作的。

2. 减少互联电缆数量。

差模信号只需要传输一个信号（总合信号或平均值），因此较於传输差分信号时，需要的互连电缆数量会更少，从而降低成本。这也更容易控制电路的成本。

扩展：差分信号和差模信号的一些区别

1. 差分信号是由两个相对反向、大小一致但有向共同的信号构成，而差模信号是由两个相同偏差大小、同向移动，并且共享同一地点的信号而形成的。

2. 差模信号是一般信号电路中存在的，而差分信号在通信电路中使用更为广泛。

3. 差分信号传输是有两对导线，而差模信号传输只使用一对导线。

4. 差分信号强调在两个信号之间存在的差异，而差模信号的目的是削弱信号之间的共性。

总结

差分信号和差模信号在电路与传输中都有着重要的应用。虽然它们看似是非常相似的信号，但是它们在构造方式、传输线路和电路控制方面等方面有很大的差异。差分信号可以通过消除噪声和提高带宽等特性在高速、长距离的数字或模拟信号传输中发挥作用；而差模信号可以用于减少从互联电缆和外部设备中产生的干扰，从而提高信噪比和信号品质。在实际的应用中，差分信号和差模信号应根据需要进行选择，以达到适合特定场景的最佳性能。