Дифференциальные сигналы и их характеристики
8 января 2026Мы знаем, что для повышения помехоустойчивости систем связи интерфейсы RS485, CAN, USB и Ethernet широко используют дифференциальную передачу сигналов. Дифференциальная передача - это технология, отличающаяся от традиционного однотактного способа, где используется одна сигнальная линия относительно общего уровня. При дифференциальной передаче сигнал передается по двум проводникам, а два сигнала имеют одинаковую амплитуду, но противоположную фазу. Сигналы, передаваемые по этой паре линий, называют дифференциальными. Дифференциальный сигнал описывается числовым значением разности двух физических величин. Дифференциальные сигналы также называют сигналами дифференциального режима (differential-mode), в отличие от синфазных сигналов (common-mode). На рисунке 1 показаны формы сигналов V+ и V- на линии и форма сигнала, восстанавливаемого на приемной стороне.
Рисунок 1. Форма дифференциального сигнала
При использовании дифференциальной передачи, хотя это и повышает сложность интерфейсных схем, она дает следующие три преимущества:
1. Поскольку контролируется «опорное» напряжение, малые сигналы проще распознавать. В однотактной системе, где опорой служит земля, точность восстановленного сигнала зависит от согласованности потенциала «земли» в разных частях системы. Чем дальше друг от друга находятся источник и приемник, тем выше вероятность различия локальных значений земли. В случае дифференциального сигнала восстановленное значение в большой степени не зависит от точного потенциала земли.
2. Высокая устойчивость к внешним электромагнитным помехам (EMI). Источник помех воздействует на оба проводника дифференциальной пары почти одинаково. Поскольку полезная информация определяется разностью напряжений, одинаковая помеха на обоих проводниках подавляется. Помимо меньшей чувствительности к помехам дифференциальные сигналы также создают меньше излучаемых помех по сравнению с однотактными.
3. В системе с одним источником питания можно проще и точнее обрабатывать «биполярные» сигналы. Для обработки биполярных сигналов в однотактной однополярной системе обычно создают виртуальную землю на некотором промежуточном уровне между землей и шиной питания, часто посередине. Напряжения выше виртуальной земли соответствуют положительным сигналам, ниже - отрицательным. Далее эту виртуальную землю необходимо корректно распределить по всей системе. При дифференциальной передаче такая виртуальная земля не требуется, и биполярные сигналы можно передавать и обрабатывать с высокой достоверностью без зависимости от стабильности виртуальной опоры.