單端與差動訊號的差異:配線、抗雜訊能力、輻射、速度、規格比較
單端訊號以接地為基準讀取 1 條訊號線的電壓,配線少且簡單。差動訊號在 2 條線上傳送方向相反的訊號,以 2 條線的電壓差讀取 0 與 1。同樣出現在 2 條線上的雜訊或接地電位偏移,在取差值時會被抵消,反向電流所產生的電磁場也會互相抵消,因此能以小振幅快速且遠距離傳送。代價是 1 個訊號需要 2 條線,設計上也必須讓 2 條線的長度與間距一致。
| 項目 | 單端訊號 | 差動訊號 |
|---|---|---|
| 1 個訊號的線數 | 1 條(回流電流共用接地) | 2 條(正、負成對) |
| 讀取的基準 | 與接地之間的電壓 | 2 條線之間的電壓差 |
| 共模雜訊 | 直接疊加在訊號上 | 取差值時被抵消(取決於接收電路的 CMRR) |
| 接地電位偏移 | 傳送端與接收端的接地偏移直接成為誤差 | 只要在接收電路容許的共模電壓範圍內,就不易受影響 |
| 輻射雜訊(EMI) | 電流迴路大,容易產生 | 反向電流的電磁場互相抵消,不易產生 |
| 訊號振幅 | 大。接近電源電壓(例:0 至 3.3 V) | 小。約數百 mV(LVDS 約 350 mV) |
| 速度的大致範圍 | 約數十至數百 Mbit/s。在終端等方面下工夫的記憶體匯流排,每條可達數 Gbit/s | 每對數百 Mbit/s 至數十 Gbit/s |
| 配線設計 | 簡單。高速訊號需注意特性阻抗與終端 | 讓 2 條線的長度與間距一致,維持差動阻抗(多為 85 至 100 Ω) |
| 成本與接腳數 | 便宜,接腳少 | 接腳與配線為 2 倍。收發電路也較複雜 |
| 代表性例子 | GPIO、I2C、SPI、UART、DDR 的資料(DQ) | LVDS、USB、PCI Express、SATA、HDMI、乙太網路、CAN、RS-485 |
數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。