一、单端信号

   差分放大电路

单端信号就是只用一根线传输信号，外加一根参考线，也就是地线，如下图所示。所以单端信号的优点就是成本低，可以说单端信号线上传输的信号就是信号线和地线之间电位差，这样的话其缺点就是优点造成的，即抗干扰能力比较差。

1.地电势差的波动影响：一条信号传输线上A点和B点对地电势差应该一致，不一致就会出现问题。假设A点电势高于B点，在信号线上就会形成微小的压差，也就会产生微弱的电流。恰恰就是这微弱的电流使我们的信号发生干扰。

2.地端电流的大小影响信号的幅值波动：地端的电流是动态的，忽大忽小，因此具有一定的波动，所以单端信号对地电压也会发生波动，这种波动会影响信号的幅度，从而信号质量会大大降低。

所以，一般单端信号用于低频电路中，适合于高幅度信号，不适合低幅度信号。

二、差分信号

差分信号常用于高速电路中，例如LVDS（低电压差分信号）。差分信号如上图的下半部分，顾名思义，差分信号就是两条信号线。差分（difference）又名差分函数或差分运算，差分的结果反映了离散量之间的一种变化，是研究离散数学的一种工具。

它将原函数f(x)映射到f(x+a)-f(x+b)，根据这个公式可以推出差分输出信号如何计算了，所以看到上面的图片可以推出输出信号的幅度为什么会是那个样子。

所以差分信号的两条传输线会随着地端同时变化，因此其差值是固定的，因此证明出差分信号的抗干扰能力比较强，同时噪声也会被同时加载到两条传输线上，其差值也为零。

另外，两条传输线也会抑制电磁干扰（EMI），原理为：两根线靠得很近且信号幅值相等，这两根线与地线之间的耦合电磁场的幅值也相等，同时他们的信号极性相反，其电磁场将相互抵消。因此对外界的电磁干扰也小。（右手定则）

而且，差分信号时序定位准确，差分信号的接受端是两根线上的信号幅值之差发生正负跳变的点，作为判断逻辑0/1跳变的点的。而普通单端信号以阈值电压作为信号逻辑0/1的跳变点，受阈值电压与信号幅值电压之比的影响较大，不适合低幅度的信号。

差分信号也有缺点，其缺点也是其优点造成的：在PCB设计时，单端信号可以只有一根信号线，地线走地平面。然而差分信号一定要走两根等长、等宽、紧密靠近、且在同一层面的线，这样会发生走线密集的情况。

三、单端转差分

使用单端转差分转换电路即可，这种情况是因为信号频率很高或者对于信号质量要求比较高的的场合，单端信号不能满足要求，所以要换成差分的。

单端信号转差分信号

四、差分转单端

同理，使用特定的电路就能转换，电路已经很成熟，但是我们要明白，为什么要转换？许多应用都需要使用低功耗、高性能的差分放大器，因此需要将小差分信号转换成可读的接地参考输出信号。

 

五、共模信号与差模信号

共模信号和差模信号这两个概念多用于差分电路如（差分放大电路），单独一根信号线没法谈共模差模，两根信号线才会有差模信号共模信号的说法，分别描述了这两根信号线电位与地线电位之差（共模）和这两根信号线电位之差（差模），这里和单端信号和差分信号有一些类似。

差模信号计算公式：(V1-V2）/2
共模信号计算公式：（V1+V2）/2

六、共模干扰和差模干扰

共模干扰就是指两条信号线与地之间的干扰信号，差模干扰就是两条信号线间的干扰信号。信号都是差模形式的，所有的干扰都是抗共模干扰的。

1.传导干扰（传导噪声）。主要就是地端电位不稳定带来干扰，地端电位如果发生抖动，那地端与信号线间的电压就会不稳定也就是共模电压不稳定，即产生了共模干扰。若两根线上的共模干扰电压不一致则还会使这两根信号线的差值发生抖动，引起差模干扰。我们常将信号线做成双绞线（差分输入）的原因就是让两根信号线的空间位置相对接近使它俩的共模干扰电压一致从而尽可能的消除了差模干扰，减小误差。

2.空间耦合干扰（辐射噪声）。空间中变化的电磁场在信号线上产生压降带来共模和差模干扰。

七、共模抑制比

用来说明差分放大电路抑制共模信号及放大差模信号的能力，常用共模抑制比作为一项技术指标来衡量，其定义为放大器对差模信号的电压放大倍数Aud与对共模信号的电压放大倍数Auc之比，称为共模抑制比。

八、差模信号与共模信号的转化

传输线中不仅存在传播信息的差模信号，还有不传播信息的共模信号，理想情况是不存在相互转化的，但是理想很丰满，现实很骨感。

差模信号与共模信号的转化是由于差分传输线不对称造成的，造成不对称的原因很多，差分传输线的长度差像拐角、差分传输线由于刻蚀差异造成传输线特性阻抗不同、两个传输线的差异性耦合、临近效应、终端差异，弯曲等等都可能是造成差模信号与共模信号的转化。

这种转化我们可以理解为两条传输线的延迟是不同的，当信号在传输线上传播由于到达终端的延迟是不同的，一个早一些到达，这样就会产生相位差，将部分差模信号转化成共模信号。转化的为共模信号的多少由信号频率、传输线的长度、两条传输线上的信号时延差所决定的。