差分信號又稱(chēng)差模信號，你真的懂嗎？

　　差分信號

　　差分傳輸是一種信號傳輸的技術(shù)，區別于傳統的一根信號線(xiàn)一根地線(xiàn)的做法，差分傳輸在這兩根線(xiàn)上都傳輸信號，這兩個(gè)信號的振幅相等，相位相反。在這兩根線(xiàn)上傳輸的信號就是差分信號。差分信號又稱(chēng)差模信號，是相對共模信號而言的。

　　特點(diǎn)

　　從嚴格意義上來(lái)講，所有電壓信號都是差分的，因為一個(gè)電壓只能是相對于另一個(gè)電壓而言的。

　　在某些系統里，"系統地"被用作電壓基準點(diǎn)。當'地'當作電壓測量基準時(shí)，這種信號規劃被稱(chēng)之為單端的。我們使用該術(shù)語(yǔ)是因為信號是用單個(gè)導體上的電壓來(lái)表示的。

　　另一方面，一個(gè)差分信號作用在兩個(gè)導體上。信號值是兩個(gè)導體間的電壓差。盡管不是非常必要，這兩個(gè)電壓的平均值還是會(huì )經(jīng)常保持一致。

　　可以想象，這兩個(gè)導體上被同時(shí)加入的一個(gè)相等的電壓，也就是所謂共模信號，對一個(gè)差分放大系統來(lái)說(shuō)是沒(méi)有作用的，也就是說(shuō)，盡管一個(gè)差分放大器的輸入有效信號幅度只需要幾毫伏，但它卻可以對一個(gè)高達幾伏特的共模信號無(wú)動(dòng)于衷。

　　這個(gè)指標叫做差分放大器的共模抑制比(CMRR)，一般的運算放大器可以達到90db以上，高精度運放甚至達到120db。因為干擾信號一般是以共模信號的形式存在，所以差分信號的應用極大地提高了放大器系統的信噪比。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　1、抗干擾能力強。干擾噪聲一般會(huì )等值、同時(shí)的被加載到兩根信號線(xiàn)上，而其差值為0，即，噪聲對信號的邏輯意義不產(chǎn)生影響。

　　2、能有效抑制電磁干擾(EMI)。由于兩根線(xiàn)靠得很近且信號幅值相等，這兩根線(xiàn)與地線(xiàn)之間的耦合電磁場(chǎng)的幅值也相等，同時(shí)他們的信號極性相反，其電磁場(chǎng)將相互抵消。因此對外界的電磁干擾也小。

　　3、時(shí)序定位準確。差分信號的接受端是兩根線(xiàn)上的信號幅值之差發(fā)生正負跳變的點(diǎn)，作為判斷邏輯0/1跳變的點(diǎn)的。而普通單端信號以閾值電壓作為信號邏輯0/1的跳變點(diǎn)，受閾值電壓與信號幅值電壓之比的影響較大，不適合低幅度的信號。

　　缺點(diǎn)

　　若電路板的面積非常緊張，單端信號可以只有一根信號線(xiàn)，地線(xiàn)走地平面，而差分信號一定要走兩根等長(cháng)、等寬、緊密靠近、且在同一層面的線(xiàn)。這樣的情況常常發(fā)生在芯片的管腳間距很小，以至于只能穿過(guò)一根走線(xiàn)的情況下。

　　時(shí)鐘數據恢復

　　時(shí)鐘恢復作為高速串行通信必須具有的核心功能得到越來(lái)越廣泛的應用，在以太網(wǎng)、PCI-Express、Aurora中都有時(shí)鐘恢復模塊。相對的，傳統的時(shí)鐘與數據同時(shí)傳輸的并行傳輸方式無(wú)法達到1Gb/s以上帶寬。

　　簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)，所謂時(shí)鐘恢復就是：根據參考時(shí)鐘，從數據信號把時(shí)鐘信號提取出來(lái)。相對應的，在信道上只傳輸串行數據，在信道上并沒(méi)有時(shí)鐘信號。數據接收端接收串行數據并進(jìn)行時(shí)鐘恢復。

　　SERDES中，時(shí)鐘數據恢復的基礎

　　通常CDR協(xié)議運行在較高的數據速率和較長(cháng)的傳送距離，因此帶來(lái)很大的設計挑戰。

　　在SERDES(Serializer-Deserializer)應用中，顧名思義，CDR接收器必須從數據中恢復嵌入的時(shí)鐘。更準確地說(shuō)，是從數據信號的交換中獲取時(shí)鐘。

　　CDR發(fā)送器首先串行發(fā)送數據，然后將數據轉換成8b/10b編碼方案。編碼處理獲得8位數據并將其轉換成10位符號。

　　8b/10b編碼方式可以在數據線(xiàn)上傳送相等數目的0和1，從而減少碼間干擾，并提供足夠多的數據邊沿，以便接收器在收到的數據流上鎖定相位。發(fā)送器將系統時(shí)鐘倍頻至傳送比特率，并以該速率在TX差分對上發(fā)送8b/10b數據。

　　CDR接收器的任務(wù)首先是在RX差分位流上鎖定相位，然后接收器按照恢復的時(shí)鐘進(jìn)行數據位對齊，接著(zhù)用接收器的參考時(shí)鐘進(jìn)行字對齊。最后，將數據進(jìn)行8b/10b解碼，供系統使用。

　　在CDR系統中，發(fā)送和接收系統通常擁有完全獨立的系統時(shí)鐘。這兩個(gè)時(shí)鐘在一個(gè)特定的變化范圍內非常關(guān)鍵，這個(gè)范圍大約是數百個(gè)PPM。

　　信道均衡

　　信道均衡是指為了提高衰落信道中的通信系統的傳輸性能而采取的一種抗衰落措施。它主要是為了消除或者是減弱寬帶通信時(shí)的多徑時(shí)延帶來(lái)的碼間串擾(ISI)問(wèn)題。

　　其機理是對信道或整個(gè)傳輸系統特性進(jìn)行補償，針對信道恒參或變參特性，數據速率大小不同，均衡有多種結構方式。

　　大體上分為兩大類(lèi)：線(xiàn)性與非線(xiàn)性均衡。線(xiàn)性均衡器和非線(xiàn)性均衡器的主要差別在于自適應均衡器的輸出被用于反饋控制的方法。對于帶通信道的均衡較為困難，一般都是待接收端解調后在基帶進(jìn)行均衡，因此基帶均衡技術(shù)有廣泛應用。

　　在實(shí)際中一般是加入自適應濾波器來(lái)實(shí)現信道均衡。使用濾波器來(lái)補償失真的脈沖，判決器得到的解調輸出樣本，是經(jīng)過(guò)均衡器修正過(guò)的或者清除了碼間干擾之后的樣本。

　　自適應均衡器直接從傳輸的實(shí)際數字信號中根據某種算法不斷調整增益，因而能適應信道的隨機變化，使均衡器總是保持最佳的狀態(tài)，從而有更好的失真補償性能。