串行總線、差分線基本原理及優缺點

爲了更快的傳輸數據，咱們能想到的辦法除了一次多傳輸幾位數據（增長並行總線的數量）以外，還有一種辦法就是提升單通道的數據傳輸速率，然而隨着單通道速率的提高，信號完整性問題又會變得愈來愈突出，尤爲是串擾以及損耗等問題。爲了解決這些問題，一種全新的數據傳輸方式應運而生，如圖1所示，他就是-----差分（差分線、差分互聯）。

 

差分（差分線、差分互聯）的主要特色是採樣電壓取兩根電壓的差值，以下圖所示：

咱們知道V1和V2相對於他們公共的地都有一個單端電壓。信號接收端關注的是這兩根線的電壓差，那麼使用這種傳輸方式到底有什麼優勢？

差分線優勢1：差分驅動總的dI/dt會比單端信號線上大幅下降，從而減少了潛在的電磁干擾（EMI）。以下圖所示：

上圖中紅色和藍色是單根線電壓。紫色的是差分電壓。咱們能夠看到，使用差分方式傳輸，信號的電壓峯峯值被放大了一倍，可是單根線上的電流卻保持不變。若是採用傳統的單線傳輸方式，單根線的dI/dt也會增長一倍，這樣更容易形成EMI問題。

差分線優勢2：差分信號的值很大程度上與「地」的精確值無關，能很好的抵抗電源的干擾。就像下面這幅圖，差分信號關注的是兩根線之間的電壓差值，與海平面的高度關係不大。咱們仍是經過仿真來驗證下，以下圖5所示：以下圖所示，左邊是理想GND時的單端與差分信號波形，右邊是地平面存在波動的時候的單端信號與差分信號。能夠清楚的看到，單端信號受到「地」的干擾很大。可是這些干擾通過差分以後就被抵消了。差分對抗外部電磁干擾的原理也是同樣，這也就是咱們常說的：差分形式傳播，在返回路徑中對付串擾和突變的魯棒性更好。

差分線優勢3：差分對內每根信號都有本身的返回路徑，可以減輕信號跨分割帶來的影響。單根線和差分線跨分割分別會怎樣？咱們仍是來驗證一下。在仿真的時候，咱們讓單線和差分對線長都爲1inch，使用普通Fr4板材，來看看跨分割對信號的影響。由上圖可知，單線跨分割對傳輸線的影響很大，差分線對跨分割就不是那麼敏感，主要緣由就是，差分對兩線能夠互爲參考，兩根線能夠相互做爲返回路徑。

以上三點就是本人理解的差分線最明顯的優勢，這些優勢奠基了串行信號穩定傳輸的基礎。固然，差分信號也存在一些缺點，最大的缺點就是與單端信號傳輸相比，差分互連須要兩倍數量的信號線。再者，若是差分信號不對稱，會產生潛在