为什么使用差分信号

差分信号是一种在电子和通信系统中广泛使用的信号传输方式，它通过比较两个电信号之间的差异（电压差）来传递信息。与单端信号不同，后者只参考一个单一的电位，差分信号依赖于一对导线上的电压差。这两个电信号通常是互补的，也就是说当一个信号上升时，另一个下降。

差分信号的关键优点在于其对共模干扰（如电磁干扰EMI和射频干扰RFI）的抵抗力。这种抗干扰性主要来自以下两个方面：

1.差分信号的两个导体通常被绞合在一起（例如双绞线），这使得任何外部干扰都会同时影响这两根导线，由于是同时作用，因此它们的影响在接收端会被相减消除，从而保持了信号的完整性。

2. 由于信息是由两个信号线之间的电压差来表示的，因此即使存在一些不确定性或噪声，只要它们对两个信号线的影响相似，那么这种影响就会被抵消。

使用差分信号的另一个重要原因是它们在处理低电平信号时的有效性。由于差分信号可以很好地抑制噪声，它们允许系统设计者在有较高噪声的环境中使用较低的电压水平，这有助于降低功耗并提高系统的集成度。

此外，差分信号还提供了更好的时序精度。在数字电路中，时钟信号经常以差分形式发送，以确保触发边缘的准确性，因为差分信号不易受到单个导体上动态变化的干扰。

差分信号还支持更宽的共模范围（CMR），这意味着接收器可以接受一个较宽范围的共模电压而不会丢失数据。这一点对于接口设计和系统级互联尤为重要。

然而，差分信号也有其局限性。例如，它们需要更多的物理导线（至少两根），这可能会增加布线的复杂性和成本。在某些情况下，如果设计不当，差分信号也可能产生比单端信号更大的电磁干扰。

在实际应用中，从计算机内部总线到长距离通信链路，差分信号都得到了广泛应用。例如，USB、以太网、串行线协议（Serial Line Internet Protocol，SLIP）和许多其他的数据通信标准都采用了差分信号技术。

总结来说，差分信号之所以受到青睐，主要是因为它们能够提供更强的抗干扰能力、更低的辐射噪音、更好的时序性能和更高的信号完整性。尽管它们的物理布线需求可能更高，但在许多需要高可靠性和高速度数据传输的应用中，这些额外的成本和复杂性是值得的。