信号发生器的差分信号传输通过双线对称传输、共模噪声抑制、阻抗匹配等关键技术实现，可显著提升抗干扰能力、传输距离和信号完整性，尤其适用于高速数字、高频模拟及长距离传输场景。以下是具体实现方法与核心要点：
基本结构
双导线传输：信号通过两根平行导线（如+Signal和-Signal）传输，电压幅值相等、相位相反（即Vdiff=V+−V−）。
共模噪声抑制：外部干扰（如电磁辐射、电源噪声）会同时叠加在两根导线上，接收端通过差分放大器提取差模信号（Vdiff），共模噪声被抵消。
效果：共模抑制比（CMRR）可达60-100dB，相比单端传输（CMRR≈20dB），抗干扰能力提升1000-10000倍。
典型应用场景
高速数字信号：如PCIe、USB 3.0、HDMI等高速接口，传输速率达Gb/s级，需差分传输降低串扰。
高频模拟信号：如射频信号发生器输出（1GHz以上），差分传输可减少辐射损耗和相位失真。
长距离传输：如工业控制、汽车电子中，差分信号可传输数百米而无需中继器。
方法一：内置差分输出模块
原理：信号发生器内部集成差分放大器，将单端信号转换为差分信号（如Keysight 33600A系列函数发生器支持差分输出）。
优势：无需外部转换电路，输出阻抗匹配（通常为50Ω或100Ω），可直接连接差分传输线。
案例：R&S SMW200A矢量信号发生器支持差分IQ信号输出，幅度平衡度＜0.1dB，相位平衡度＜0.5°。
方法二：外部巴伦（Balun）转换
原理：通过巴伦（平衡-不平衡变压器）将单端信号转换为差分信号，适用于无内置差分输出的信号发生器。
选型要点：
频率范围：覆盖信号带宽（如1MHz-18GHz）；
阻抗匹配：单端侧阻抗（如50Ω）与差分侧阻抗（如100Ω）匹配；
幅度/相位平衡度：幅度不平衡度＜0.5dB，相位不平衡度＜2°，避免信号失真。
案例：Mini-Circuits TCM1-18GX+巴伦支持1MHz-18GHz差分转换，幅度平衡度0.2dB，相位平衡度0.8°。
线缆类型
双绞线：适用于短距离（＜10m）低频信号（如LVDS、RS-485），通过绞合降低电磁干扰（EMI）。
同轴双线（Twinax）：适用于高频信号（＞1GHz），如SMA接口差分线缆，特性阻抗为100Ω，传输损耗＜0.5dB/m（@10GHz）。
微带线/带状线：适用于PCB内部差分走线，需控制线宽、间距和介质厚度以实现阻抗匹配（如50Ω或100Ω）。
关键参数控制
特性阻抗：差分对阻抗需与信号源和接收端匹配（如100Ω差分阻抗对应50Ω单端阻抗），避免反射导致信号畸变。
长度匹配：两根导线长度差（Skew）需＜信号上升时间的10%（如对于1ns上升时间，Skew＜100ps），否则会导致时序错误。
间距控制：线间距需保持恒定（如±0.05mm），避免因间距变化导致阻抗不连续和串扰。
PCB布局示例
微带线差分对：
线宽：0.2mm（对应50Ω单端阻抗）；
线间距：0.3mm（差分阻抗100Ω）；
介质厚度：0.4mm（FR4材料，介电常数4.5）；
参考层：完整地平面，降低辐射和串扰。
效果：通过HFSS仿真验证，1GHz信号传输损耗＜0.2dB/100mm，串扰＜-40dB。
差分放大器选型关键参数：
共模抑制比（CMRR）：＞60dB（如AD8130差分放大器CMRR=80dB@1MHz）；
带宽：覆盖信号频率范围（如对于1GHz信号，放大器带宽需＞2GHz）；
输入阻抗：与传输线阻抗匹配（如100Ω差分输入阻抗）。
案例：TI THS4541差分放大器支持DC-500MHz带宽，CMRR=70dB@100kHz，适用于高速数据采集。
终端匹配电阻
方法：在接收端差分输入端并联匹配电阻（如100Ω），与传输线阻抗一致，消除反射。
效果：匹配电阻可将信号幅度波动从±20%降至±2%，时域波形过冲从30%降至5%。
以Keysight 33600A系列函数发生器为例，配置差分输出的步骤如下：
启用差分输出模式
按下Output键 → 选择Output Config → 设置Diff（差分输出）或Single（单端输出）。
设置差分参数
幅度：设置差分信号峰峰值（如Vpp=2V），对应单根导线幅度为V+=+1V，V−=−1V。
偏置：设置共模电压（如Vcm=0V），即V++V−=0。
频率/相位：设置差分信号频率（如1MHz）和相位差（通常为180°，但可调整以实现特定调制）。
阻抗匹配设置
选择Output Impedance → 设置50Ω或High Z（高阻抗），需与传输线阻抗一致。
验证输出
使用示波器（如Keysight DSOX1204G）的差分探头（如N2750A）测量差分信号，验证幅度、相位和波形质量。
场景：某高速数据采集系统需传输1GHz采样率的差分信号（幅度±1V，共模电压0V），传输距离5m。
解决方案：
信号发生器：选用R&S SMW200A矢量信号发生器，配置差分IQ输出（幅度平衡度0.1dB，相位平衡度0.5°）；
传输线：采用Gore 18GHz Twinax差分线缆（特性阻抗100Ω，传输损耗0.3dB/m@10GHz）；
接收端：使用TI THS4541差分放大器（带宽500MHz，CMRR=70dB@100kHz），并联100Ω匹配电阻；
PCB设计：差分走线采用微带线结构（线宽0.2mm，间距0.3mm，介质厚度0.4mm），长度差＜50ps（对应Skew＜10mm）。
效果：系统信噪比（SNR）达60dB，眼图开口清晰，误码率（BER）＜10⁻¹²，满足高速数据采集需求。
| 优势 | 注意事项 |
|---|---|
| 抗共模噪声能力强（CMRR＞60dB） | 需严格匹配阻抗（传输线、终端电阻） |
| 传输距离远（可达数百米） | 双绞线/Twinax线缆成本高于单端线缆 |
| 辐射损耗低（适合高频信号） | PCB布局需控制线间距和长度匹配 |
| 时序精度高（Skew控制严格） | 高速信号需选用低Skew线缆（如＜10ps/m） |
信号生成：选择内置差分输出的信号发生器或通过巴伦转换单端信号；
传输线设计：根据频率选择双绞线、Twinax或PCB差分走线，控制阻抗、长度匹配和间距；
接收端恢复：使用高CMRR差分放大器，并联匹配电阻消除反射；
软件配置：设置差分模式、幅度、偏置和阻抗匹配参数；
验证测试：用差分探头测量信号质量，确保幅度、相位和时序符合要求。
通过上述方法，信号发生器可实现高精度、长距离的差分信号传输，满足通信、雷达、测试测量等领域对信号完整性的严苛需求。
