シングルエンドと差動信号の違い：配線・ノイズ耐性・放射・速度・規格を比較
シングルエンドは、1本の信号線の電圧をグランドを基準に読み取る方式で、配線が少なく簡単です。差動信号は、2本の線に逆向きの信号を流し、2本の電圧の差で0と1を読み取ります。2本に同じように乗ったノイズやグランドの電位のずれは差を取ると打ち消され、逆向きの電流が作る電磁界も打ち消し合うので、小さな振幅で速く、遠くまで送れます。その代わり、1つの信号に2本の線が必要で、2本の長さや間隔をそろえる設計が求められます。
| 項目 | シングルエンド | 差動信号 |
|---|---|---|
| 1つの信号の線の数 | 1本(帰りの電流はグランドを共有する) | 2本(正と負のペア) |
| 読み取る基準 | グランドとの間の電圧 | 2本の線の電圧の差 |
| 同相のノイズ | そのまま信号に乗る | 差を取ると打ち消される(受信の回路のCMRRによる) |
| グランドの電位のずれ | 送り側と受け側のグランドのずれが、そのまま誤差になる | 受信の回路が許す同相の電圧の範囲内なら影響しにくい |
| 放射ノイズ(EMI) | 電流のループが大きく、出やすい | 逆向きの電流の電磁界が打ち消し合い、出にくい |
| 信号の振幅 | 大きい。電源の電圧に近い(例:0〜3.3 V) | 小さい。数百 mV程度(LVDSは約350 mV) |
| 速度の目安 | 数十〜数百 Mbit/s程度。終端などを工夫したメモリのバスでは1本あたり数 Gbit/s | 1対あたり数百 Mbit/s〜数十 Gbit/s |
| 配線の設計 | 簡単。速い信号では特性インピーダンスと終端に注意する | 2本の長さと間隔をそろえ、差動インピーダンス(多くは85〜100 Ω)を保つ |
| コスト・端子の数 | 安く、端子が少ない | 端子と配線が2倍。送受信の回路も複雑 |
| 代表的な例 | GPIO、I2C、SPI、UART、DDRのデータ(DQ) | LVDS、USB、PCI Express、SATA、HDMI、イーサネット、CAN、RS-485 |
数値は代表的な目安で、世代や製品によって異なります。