一、單端信號(hào)

   差分放大電路

單端信號(hào)就是只用一根線傳輸信號(hào)，外加一根參考線，也就是地線，如下圖所示。所以單端信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)就是成本低，可以說(shuō)單端信號(hào)線上傳輸?shù)男盘?hào)就是信號(hào)線和地線之間電位差，這樣的話其缺點(diǎn)就是優(yōu)點(diǎn)造成的，即抗干擾能力比較差。

1.地電勢(shì)差的波動(dòng)影響：一條信號(hào)傳輸線上A點(diǎn)和B點(diǎn)對(duì)地電勢(shì)差應(yīng)該一致，不一致就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。假設(shè)A點(diǎn)電勢(shì)高于B點(diǎn)，在信號(hào)線上就會(huì)形成微小的壓差，也就會(huì)產(chǎn)生微弱的電流。恰恰就是這微弱的電流使我們的信號(hào)發(fā)生干擾。

2.地端電流的大小影響信號(hào)的幅值波動(dòng)：地端的電流是動(dòng)態(tài)的，忽大忽小，因此具有一定的波動(dòng)，所以單端信號(hào)對(duì)地電壓也會(huì)發(fā)生波動(dòng)，這種波動(dòng)會(huì)影響信號(hào)的幅度，從而信號(hào)質(zhì)量會(huì)大大降低。

所以，一般單端信號(hào)用于低頻電路中，適合于高幅度信號(hào)，不適合低幅度信號(hào)。

二、差分信號(hào)

差分信號(hào)常用于高速電路中，例如LVDS（低電壓差分信號(hào)）。差分信號(hào)如上圖的下半部分，顧名思義，差分信號(hào)就是兩條信號(hào)線。差分（difference）又名差分函數(shù)或差分運(yùn)算，差分的結(jié)果反映了離散量之間的一種變化，是研究離散數(shù)學(xué)的一種工具。

它將原函數(shù)f(x)映射到f(x+a)-f(x+b)，根據(jù)這個(gè)公式可以推出差分輸出信號(hào)如何計(jì)算了，所以看到上面的圖片可以推出輸出信號(hào)的幅度為什么會(huì)是那個(gè)樣子。

所以差分信號(hào)的兩條傳輸線會(huì)隨著地端同時(shí)變化，因此其差值是固定的，因此證明出差分信號(hào)的抗干擾能力比較強(qiáng)，同時(shí)噪聲也會(huì)被同時(shí)加載到兩條傳輸線上，其差值也為零。

另外，兩條傳輸線也會(huì)抑制電磁干擾（EMI），原理為：兩根線靠得很近且信號(hào)幅值相等，這兩根線與地線之間的耦合電磁場(chǎng)的幅值也相等，同時(shí)他們的信號(hào)極性相反，其電磁場(chǎng)將相互抵消。因此對(duì)外界的電磁干擾也小。（右手定則）

而且，差分信號(hào)時(shí)序定位準(zhǔn)確，差分信號(hào)的接受端是兩根線上的信號(hào)幅值之差發(fā)生正負(fù)跳變的點(diǎn)，作為判斷邏輯0/1跳變的點(diǎn)的。而普通單端信號(hào)以閾值電壓作為信號(hào)邏輯0/1的跳變點(diǎn)，受閾值電壓與信號(hào)幅值電壓之比的影響較大，不適合低幅度的信號(hào)。

差分信號(hào)也有缺點(diǎn)，其缺點(diǎn)也是其優(yōu)點(diǎn)造成的：在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，單端信號(hào)可以只有一根信號(hào)線，地線走地平面。然而差分信號(hào)一定要走兩根等長(zhǎng)、等寬、緊密靠近、且在同一層面的線，這樣會(huì)發(fā)生走線密集的情況。

三、單端轉(zhuǎn)差分

使用單端轉(zhuǎn)差分轉(zhuǎn)換電路即可，這種情況是因?yàn)樾盘?hào)頻率很高或者對(duì)于信號(hào)質(zhì)量要求比較高的的場(chǎng)合，單端信號(hào)不能滿足要求，所以要換成差分的。

單端信號(hào)轉(zhuǎn)差分信號(hào)

四、差分轉(zhuǎn)單端

同理，使用特定的電路就能轉(zhuǎn)換，電路已經(jīng)很成熟，但是我們要明白，為什么要轉(zhuǎn)換？許多應(yīng)用都需要使用低功耗、高性能的差分放大器，因此需要將小差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成可讀的接地參考輸出信號(hào)。

 

五、共模信號(hào)與差模信號(hào)

共模信號(hào)和差模信號(hào)這兩個(gè)概念多用于差分電路如（差分放大電路），單獨(dú)一根信號(hào)線沒(méi)法談共模差模，兩根信號(hào)線才會(huì)有差模信號(hào)共模信號(hào)的說(shuō)法，分別描述了這兩根信號(hào)線電位與地線電位之差（共模）和這兩根信號(hào)線電位之差（差模），這里和單端信號(hào)和差分信號(hào)有一些類似。

差模信號(hào)計(jì)算公式：(V1-V2）/2
共模信號(hào)計(jì)算公式：（V1+V2）/2

六、共模干擾和差模干擾

共模干擾就是指兩條信號(hào)線與地之間的干擾信號(hào)，差模干擾就是兩條信號(hào)線間的干擾信號(hào)。信號(hào)都是差模形式的，所有的干擾都是抗共模干擾的。

1.傳導(dǎo)干擾（傳導(dǎo)噪聲）。主要就是地端電位不穩(wěn)定帶來(lái)干擾，地端電位如果發(fā)生抖動(dòng)，那地端與信號(hào)線間的電壓就會(huì)不穩(wěn)定也就是共模電壓不穩(wěn)定，即產(chǎn)生了共模干擾。若兩根線上的共模干擾電壓不一致則還會(huì)使這兩根信號(hào)線的差值發(fā)生抖動(dòng)，引起差模干擾。我們常將信號(hào)線做成雙絞線（差分輸入）的原因就是讓兩根信號(hào)線的空間位置相對(duì)接近使它倆的共模干擾電壓一致從而盡可能的消除了差模干擾，減小誤差。

2.空間耦合干擾（輻射噪聲）。空間中變化的電磁場(chǎng)在信號(hào)線上產(chǎn)生壓降帶來(lái)共模和差模干擾。

七、共模抑制比

用來(lái)說(shuō)明差分放大電路抑制共模信號(hào)及放大差模信號(hào)的能力，常用共模抑制比作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)來(lái)衡量，其定義為放大器對(duì)差模信號(hào)的電壓放大倍數(shù)Aud與對(duì)共模信號(hào)的電壓放大倍數(shù)Auc之比，稱為共模抑制比。

八、差模信號(hào)與共模信號(hào)的轉(zhuǎn)化

傳輸線中不僅存在傳播信息的差模信號(hào)，還有不傳播信息的共模信號(hào)，理想情況是不存在相互轉(zhuǎn)化的，但是理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感。

差模信號(hào)與共模信號(hào)的轉(zhuǎn)化是由于差分傳輸線不對(duì)稱造成的，造成不對(duì)稱的原因很多，差分傳輸線的長(zhǎng)度差像拐角、差分傳輸線由于刻蝕差異造成傳輸線特性阻抗不同、兩個(gè)傳輸線的差異性耦合、臨近效應(yīng)、終端差異，彎曲等等都可能是造成差模信號(hào)與共模信號(hào)的轉(zhuǎn)化。

這種轉(zhuǎn)化我們可以理解為兩條傳輸線的延遲是不同的，當(dāng)信號(hào)在傳輸線上傳播由于到達(dá)終端的延遲是不同的，一個(gè)早一些到達(dá)，這樣就會(huì)產(chǎn)生相位差，將部分差模信號(hào)轉(zhuǎn)化成共模信號(hào)。轉(zhuǎn)化的為共模信號(hào)的多少由信號(hào)頻率、傳輸線的長(zhǎng)度、兩條傳輸線上的信號(hào)時(shí)延差所決定的。