正文
什么是差分？
驱动端发送两个大小相等，方向相反的信号，接收端会有一个相减器，比较这两信号的差值，来判断逻辑位是0 或是1，承载差分信号的那一对走线，即称为差分走线，或差动对。
图 1. 差动对
上图是差动对示意图。两个大小相同，方向相反的信号，分别在两个导体上传输，其两信号的差，即为差分信号。用数学式表示 :
如果用跷跷板来表示 :
图 2. 跷跷板示意图
所谓的正电压跟负电压，都是V
1
跟V2
比较出来的结果。
这点跟传统的单端信号不一样。单端信号中，所谓的正电压或负电压，是跟GND ( 电位 = 0 ) 比较出来的。上面图1 也可以看成两个单端信号：
图 3. 双绞线
日常生活中常见的双绞线，就是典型的差分信号，但它是立体3D的。该文主要还是针对平面式差动对来做探讨。
为什么要用差分 ?
使用差分信号的第一个好处，就是具错误更正效果。
图 4. 有噪声的单端信号
由上图知道，如果在单端信号中有噪声，即V
ERROR
，则会直接进入接收器，严重一点可能会造成逻辑误判。在那些对于时序有很精密要求的系统中，会有很重大的影响。
图 5. 有噪声的差分信号
由(3)式知道，差分信号为两信号的差，因此图5 中，接收器接收到的信号为
因为正信号跟负信号上的V
ERROR
大小相等，因此(6)式的差分信号，其V
ERROR
会被消除掉。若以图表示之 :
图 6. 有噪声的差分信号
由图6 可知其差动对的噪声，会透过相减器消除，使输出信号干净无瑕。
第二个好处，就是防EMI 干扰，不论是干扰别人或是被别人干扰，都可有效抑止。这也是为什么高速信号一般都用差分信号，以加强其信号完整性，将失真度降到最低。
图 7. 差分信号之耦合示意图
B 跟C 为差分对，而A 为邻近的信号。在PCB 板面积极为有限的产品，例如手机，A 跟B、C 有可能会靠得很近，在这情况下，A 会把能量耦合到B跟 C，以S 参数表示，A 耦合到B 为S
BA
，A 耦合到C 为S
CA
。当B 跟C 够紧密时，则S
BA
= S
CA
，而又因为B 跟C 的信号方向相反，所以S
BA
跟S
CA
是等量又反向，如此一来， S
BA
跟S
CA
会相消，这就是为何差动对可以防止被其他信号干扰之故。
什时候使用差分?
1. 信噪比很差时，也就是信号很微弱，或周遭噪声很高，例如LVDS ( Low-voltage differential signaling ) 。
2. 当信号路径很长时。当然一般而言，信号路径是越短越好，既可减少损耗，又可防EMI 干扰，不论是干扰别人或是被别人干扰。但有些信号必须走PCB内层，以获得良好的保护时，信号路径不得不长途跋涉。此时便需要用差分信号。
而如果我们想要把单端信号跟差分信号，做互相转换的动作，便要透过Balun。
怎样使用差分?
当然差分信号，有其该注意的地方，否则便会发挥不出该有的优点。
1. 两信号线要尽可能靠近
2. 两信号线的间距须从头到尾一致
3. 两信号需等长
下面就来探讨，为什么若不遵循以上三点，差分信号会发挥不出该有的优点。
根据克希荷夫电流定律 (Kirchhoff's current Laws-KCL)，一个节点，只要有电
流流出，便会有等量的电流进入，以下图为例 :
图8. KCL
这表示任何信号都会有所谓的回流电流，使整体信号路径形成一个回路。以图9
为例，当一个单端信号由发射端 (Tx)传送到接收端 (RX)时，会有一个回流电流经由GND 再回到Tx，使整体路径形成一个回路。
图9. 单端信号回流电流示意图
而由图9 也知道，在形成回路过程中，会有电磁波辐射，进而产生EMI 干扰，而EMI 强度跟回路面积有关。所以为什么信号路径越短越好，主要原因就是回路面积缩小，其产生的EMI 干扰也跟着减弱。
