详解单端信号与差分信号-电路图讲解-电子技术方案

本文为大家详细介绍单端信号和差分信号区别。   差分信号介绍 差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相差180度，极性相反。在这两根线上传输的信号就是差分信号。   差分信号优点 差分信号的第一个好处是，因为你在控制‘基准’电压，所以能够很容易地识别小信号。在一个地做基准，单端信号方案的系统里，测量信号的精确值依赖系统内‘地’的一致性。信号源和信号接收器距离越远，他们局部地的电压值之间有差异的可能性就越大。从差分信号恢复的信号值在很大程度上与‘地’的精确值无关，而在某一范围内。 

 差分信号的第二个主要好处是，它对外部电磁干扰（EMI）是高度免疫的。一个干扰源几乎相同程度地影响差分信号对的每一端。既然电压差异决定信号值，这样将忽视在两个导体上出现的任何同样干扰。除了对干扰不大灵敏外，差分信号比单端信号生成的EMI还要少。   差分信号提供的第三个好处是，在一个单电源系统，能够从容精确地处理‘双极’信号。为了处理单端，单电源系统的双极信号，我们必须在地和电源干线之间某任意电压处（通常是中点）建立一个虚地。用高于虚地的电压来表示正极信号，低于虚地的电压来表示负极信号。接下来，必须把虚地正确地分布到整个系统里。而对于差分信号，不需要这样一个虚地，这就使我们处理和传播双极信号有一个高真度，而无须依赖虚地的稳定性。 

 差分信号波形和单端等价  

差分信号缺陷 差分电路的主要缺陷是走线的增加。因此，如果你的应用中这些优点没有一个是特别重要的，那么就不值得为差分信号以及附带的布线考虑增加面积。但是如果这些优点在你的电路中产生了显著的性能差异，那么增加的布线面积就是我们付出的代价。  

单端信号和差分信号区别一、基本区别 单端信号指的是用一个线传输的信号，一根线没参考点怎么会有信号呢？参考点就是地啊。也就是说，单端信号是在一跟导线上传输的与地之间的电平差。那么当你把信号从A点传递到B点的时候，有一个前提就是A点和B点的地电势应该差不多是一样的。   差分信号指的是用两根线传输的信号，传输的是两根信号之间的电平差。当你把信号从A点传递到B点的时候，A点和B点的地电势可以一样也可以不一样，但是A点和B点的地电势差有一个范围，超过这个范围就会出问题了。

   二、传输上的差别 单端信号的优点是，省钱、方便。   大部分的低频电平信号都是使用单端信号进行传输的。一个信号一根线，最后，把两边的地用一根线一连，完事。缺点在不同应用领域暴露的不一样，归结起来，最主要的一个方面就是，抗干扰能力差。     

 首先说最大的一个问题，地电势差以及地一致性。大家都认为地是0V，实际上，真正的应用中地是千奇百怪变化莫测的一个东西，我想我会专门写一些地方面的趣事。比如A点到B点之间，有那么一根线，用来连接两个系统之间的地，那么如果这根线上的电流很大时，两点间的地电势可能就不可忽略了，这样一个信号，从A的角度看起来是1V，从B的角度看起来可能只有0.8V了，这可不是一个什么好事情，这就是地电势差对单端信号的影响。接着说地一致性。实际上很多时候这个地上由于电流忽大忽小，布局结构远远近近，地上会产生一定的电压波动，这也会影响单端信号的质量。   差分信号在这一点有优势，由于两个信号都是相对于地的，当地电势发生变化时，两个信号同时上下浮动（当然是理想状态下），差分两根线之间的电压差却很少发生变化，这样信号质量不久高了吗？其次就是传输过程中的干扰，当一根导线穿过某个线圈时，且这根线圈上通着交流电时，这根导线上会产生感应电动势。实际上工业现场遇到的大部分。问题就是这么简单，可是你无法抗拒，如果是单端信号，产生多少，就是多少，这就是噪声你毫无办法。但是如果是差分信号，你就可以考虑拉，为啥呢，两根导线是平行传输的，每根导线上产生的感应电动势不是一样吗，两个一减，他不久没了吗。确实，同样的情况下，传输距离较长时，差分信号具有更强的驱动能力、更强的抗干扰能力，同样的，当你传输的信号会对其他设备有干扰时，差分信号也比单端信号产生的信号相对小，也就是常说的EMI特性。                                        

-电子元器件采购网（www、oneyac、com）是本土元器件目录分销商，采用“小批量、现货、样品”销售模式，致力于满足客户多型号、高质量、快速交付的采购需求。自建高效智能仓储，拥有自营库存超50,000种，提供一站式正品现货采购、个性化解决方案、选项替代等多元化服务。 （本文来源网络整理，目的是传播有用的信息和知识，如有侵权，可联系管理员删除）

USB-C接口正在彻底改变电子设备的充电方式。USB-C连接线无论哪一端都能连接智能手机或超级本。物理上，C型连接器既是双向的（无论线缆的哪一端都能插入两头的设备），也是无极性的（连接器插入时可以正面朝上，也可以反面朝上）。在协商过程中，连接系统可以电子地分辨出电极性。除了数据传输，USB-C还能支持更高功率水平的双向功率传输。默认电压为5V，USB-C端口能够与插入的设备协商，在双方同意的电流水平上，将端口电压提高到20V，或双方同意的其他电压值。USB-C端口提供的最大功率为100W（20V/5A），这用来给笔记本电脑充电已经绰绰有余了。优势如此明显，也就不难理解为什么电子设备制造商纷纷在其下一代产品中采用USB-C了。   随着USB PD和USB-C得到越来越多的采用，计算机行业对稳压器的性能提出了明显更高的要求。与电压值固定的传统USB-A和USB-B端口相比，USB-C端口是双向的，接受可变输入电压，输出电压范围为5V至20V。其可调节输出电压允许笔记本电脑和其他移动设备用USB-C端口替代传统AC/DC电源适配器和USB-A和B端子。考虑到这些优势，一些客户在其系统中设计了两个或多个USB-C端口。

 不过，目前具有两个或多个USB-C端口的系统架构很复杂，不能满足很多客户的要求。本白皮书提出了一种全新的系统架构，该架构采用瑞萨电子的ISL95338降压-升压稳压器和ISL95521A组合式电池充电器。我们将讨论这种架构如何简化设计，并全面支持所有USB-C功能。我们还将说明这种架构如何应用到适配器端，以实现可编程电源（PPS），这种电源可以输出可调节电压，以匹配USB-C的可变输入电压。 一种新的USB-C架构   图1显示了一种新的USB-C架构，该架构由ISL95338双向降压-升压稳压器和ISL95521A组合式电池充电器或ISL9238降压-升压电池充电器组成。这种新架构允许系统通过USB-C端口给电池充电，当两个PD充电器插入USB-C_1和USB-C_2时，还支持快速充电功能。无需额外复杂的端口控制逻辑电路或IC，该架构的两个端口就可全面支持USB 3.1 On-The-Go（OTG）。

 图1. 瑞萨电子电池充电器架构 – 双USB-C端口，采用两个降压-升压稳压器和一个降压充电器   比较图1和图2很容易看出，要实现与瑞萨电子电池充电器架构相同的功能和性能水平，市场上现有的电池充电器架构需要更多器件和复杂的外部电路。显然，使用现有的电池充电系统，每个充电器通路都需要一个USB-PD控制器来控制2个ASGATE并执行充电功能，这提高了设计的系统成本。为了实现5V降压OTG，OTG门还需要一个PD控制器。注意，现有的降压转换器只能输出单一固定电压。图2显示，如果使用5V降压转换器，设计工程师只能输出一个固定5V电压，这与很多USB-C应用要求的可调5V-20V OTG输出电压不匹配。    

 图2. 现有电池充电器架构 - 单一降压-升压充电器+复杂的外部逻辑电路   本文提出的瑞萨电子架构克服了所有这些缺点。图1显示，两个ISL95338并联，将两个USB-C端口连接到ISL95521A电池充电器。简化了系统架构，为客户节省了大量成本，因为去掉了不少元件，包括各个PD控制器、ASGATE和OTG GATE。最重要的是，使用了更少的元件但并未降低性能。例如，如果电池需要充电，那么就直接从USB-C输入向ISL95521A供电。

此外，将两个ISL95338并联，可为客户应用提供更多选择。   例如，可以采用具有不同额定功率的两个USB-C输入来实现大功率电池充电，这意味着，电池充电功率高于单个USB-C输入功率。图1说明了这是如何实现的：在电压回路中放置一个ISL95338（设定为较高额定功率的USB-C）为ISL95521A输入提供恒定电压（V0），另外在电流回路中放置一个ISL95338（设定为较低额定功率的USB-C），自动为ISL95521A提供最大功率。换言之，无需增加额外的电路或逻辑来决定两个并联的ISL95338降压-升压稳压器的不同额定功率。   

 可以基于不同的额定功率自动选择ISL95338内部的控制回路，来充分利用输入电源。针对OTG功能，电池电源可通过二极管提供，用ISL95338将功率传输至USB-C输出。从而不再需要5V降压和OTG门，如图2所示。此外，通过在两个ISL95338、ISL95521A和PD控制器之间使用SMBus通信，OTG电压可以调节，而不是使用固定值。图3显示了一种大功率快速充电应用，其中，新的瑞萨电子电池充电架构可以进行扩展，可以将4个ISL95338与一个ISL95521A或ISL9238电池充电器并联。每个USB-C端口都可以作为汇（sink）或源（source）独立运行。该架构还可以将传统适配器作为电源结合到系统中，而不提高物料成本。    

 图3. 实现4个USB-C端口的瑞萨电子电池充电器架构 - 4个降压-升压稳压器+1个降压充电器   可编程电源解决方案 在传统的USB-A和USB-B应用中，输入电压是固定值，这给USB-C应用带来了新的挑战，因为USB-C端口还可以接受可变输入电压。解决办法是可编程电源（PPS）功能，这种功能允许电源的输出电压和电流以20mV/50mA步进编程和调节，以优化电源通路。如图4所示，ISL95338降压-升压稳压器非常适合用于实现PPS，因为该稳压器可以利用USB-PD控制器的SMBus通信，输出可调的双向电压。    

 图4. 新型瑞萨电子 PPS架构   结论 将ISL95338用在多端口USB-C电池充电系统中，可实现一种新的、易于使用的充电架构。与现有的充电架构相比，瑞萨电子的新架构能够以低很多的成本实现，而且提供更高的性能、更快速的充电和更长的电池寿命。此外，所有USB-C端口要求都能完全满足，包括能实现PPS，这是未来应用需要增加的关键USB功能之一。                                         

 -电子元器件采购网（www、oneyac、com）是本土元器件目录分销商，采用“小批量、现货、样品”销售模式，致力于满足客户多型号、高质量、快速交付的采购需求。自建高效智能仓储，拥有自营库存超50,000种，提供一站式正品现货采购、个性化解决方案、选项替代等多元化服务。 （本文来源网络整理，目的是传播有用的信息和知识，如有侵权，可联系管理员删除）