Oinarriak: Seinaleztapen bakarra eta diferentziala

Lehenik eta behin, amaiera bakarreko seinaleztapena zer den buruzko oinarrizko zenbait oinarri ikasi behar ditugu seinaleztapen diferentziala eta bere ezaugarriak aztertu aurretik.

Amaitu bakarreko seinaleztapena

Amaiera bakarreko seinaleztapena igorle batetik hartzailera seinale elektrikoa transmititzeko modu sinple eta arrunta da. Seinale elektrikoa tentsio baten bidez transmititzen da (askotan tentsio aldakorra), potentzial finko bati erreferentzia egiten zaiona, normalean "lurra" deritzon 0 V-ko nodo bati.

Eroale batek seinalea darama eta eroale batek erreferentzia-potentzial komuna darama. Seinalearekin lotutako korrontea igorletik hartzailera bidaiatzen da eta lurreko konexioaren bidez elikadura-iturrira itzultzen da. Seinale anitz transmititzen badira, zirkuituak eroale bat beharko du seinale bakoitzeko gehi partekatutako lurreko konexio bat; horrela, adibidez, 16 eroale erabiliz 17 seinale igor daitezke.

 

Amaiera bakarreko topologia

Seinale diferentziala

Seinale diferentzialak, amaiera bakarreko seinaleztapena baino ez hain ohikoa dena, bi tentsio-seinale osagarri erabiltzen ditu informazio-seinale bat transmititzeko. Beraz, informazio seinale batek eroale pare bat behar du; batek seinalea darama eta besteak alderantzizko seinalea.

 

Amaiera bakarra vs. diferentziala: denbora-diagrama generikoa

 

Hartzaileak informazioa ateratzen du alderantzizko seinaleen eta alderantzikatu gabeko seinaleen arteko potentzial-diferentzia detektatuz. Bi tentsio-seinaleak "orekatuak" dira, hau da, anplitude berdina eta kontrako polaritatea dute modu komuneko tentsioarekiko. Tentsio horiei lotutako itzulera-korronteak ere orekatu egiten dira eta horrela elkar deuseztatu egiten da; hori dela eta, esan dezakegu seinale diferentzialak (egoalean) zero korronte dutela lur-konexioan zehar.

Seinale diferentzialarekin, igorleak eta hartzaileak ez dute zertan lurreko erreferentzia komun bat partekatzen. Hala ere, seinaleztapen diferentziala erabiltzeak ez du esan nahi igorlearen eta hartzailearen arteko lurraren potentzialaren aldeek zirkuituaren funtzionamenduan eraginik ez dutenik.

Seinale anitz igortzen badira, bi eroale behar dira seinale bakoitzeko, eta askotan beharrezkoa edo gutxienez onuragarria da lurreko konexioa sartzea, nahiz eta seinale guztiak diferentzialak izan. Horrela, adibidez, 16 seinale igortzeko 33 eroale beharko lirateke (mutur bakarreko transmisiorako 17rekin alderatuta). Horrek seinaleztapen diferentzialaren desabantaila nabaria erakusten du.

 

Seinale diferentzialaren topologia

Seinale diferentzialaren abantailak

Hala ere, seinale diferentzialak onura garrantzitsuak ditu eroaleen kopurua handitzea baino gehiago konpentsatzeko.

Ez dago itzulerarik

(Egokiena) itzulera-korronterik ez dugunez, lurraren erreferentziak garrantzi gutxiago izango du. Lurraren potentziala ere desberdina izan daiteke igorlean eta hartzailearengan edo eremu onargarri jakin baten barruan mugitzen den. Hala ere, kontuz ibili behar duzu DC-akoplatutako seinale diferentzialak (adibidez, USB, RS-485, CAN) oro har lurreko potentzial partekatua behar duelako seinaleak interfazearen gehienezko eta gutxieneko onar daitekeen modu komuneko tentsioaren barruan egon daitezen.

Sarrerako EMI eta Crosstalkekiko erresistentzia

EMI (interferentzia elektromagnetikoak) edo diafonia (hau da, hurbileko seinaleek sortutako EMI) eroale diferentzialetatik kanpo sartzen bada, alderantzikatu eta alderantzikatu gabeko seinaleari berdin gehitzen zaio. Hartzaileak bi seinaleen arteko tentsio-diferentziari erantzuten dio eta ez amaiera bakarreko tentsioari (hau da, lurrari erreferentzia egiten dion) tentsioari, eta, horrela, hartzailearen zirkuituak interferentziaren edo diafoniaren anplitudea asko murriztuko du.

Horregatik, seinale diferentzialak ez dira hain sentikorrak EMI, diafonia edo bikote diferentzialaren seinale bietan lotzen diren beste edozein zaratarekiko.

Irteerako EMI eta Crosstalk murriztea

Trantsizio bizkorrek, hala nola seinale digitalen goranzko eta beherako ertzak, EMI kopuru handiak sor ditzakete. Seinale bakarreko zein diferentzialek EMI sortzen dute, baina pare diferentzial bateko bi seinaleek (egokian) magnitude berdinak baina polaritate kontrakoak diren eremu elektromagnetikoak sortuko dituzte. Honek, bi eroaleen arteko hurbiltasuna mantentzen duten teknikekin batera (bikote bikoitidun kablea erabiltzea, esaterako), bi eroaleen emisioak neurri handi batean elkar ezabatuko direla ziurtatzen du.

Tentsio Beheko Funtzionamendua

Amaiera bakarreko seinaleek tentsio altu samarra mantendu behar dute seinale-zarata erlazio (SNR) egokia ziurtatzeko. Mutur bakarreko interfazearen tentsio arruntak 3.3 V eta 5 V-koak dira. Zaratarekiko erresistentzia hobetuagatik, seinale diferentzialek tentsio baxuagoak erabil ditzakete eta SNR egokia mantentzen dute. Era berean, seinaleztapen diferentzialaren SNR automatikoki handitzen da bi faktore batean mutur bakarreko inplementazio baliokide baten aldean, hartzaile diferentzialaren barruti dinamikoa pare diferentzialaren barruan dagoen seinale bakoitzaren barruti dinamikoa baino bi aldiz handiagoa delako.

Seinale tentsio baxuagoekin datuak arrakastaz transferitzeko gaitasunak abantaila garrantzitsu batzuk ditu:

• Hornidura-tentsio baxuagoak erabil daitezke.
• Tentsio-trantsizio txikiagoak
  • irradiatutako EMI murriztea,
  • energia-kontsumoa murriztea, eta
  • funtzionamendu-maiztasun handiagoak ahalbidetzen ditu.

Egoera altua edo baxua eta denbora zehatza

Inoiz galdetu al zaizu nola erabakitzen dugun zehatz-mehatz seinale bat egoera logiko altuan edo baxuan dagoen? Amaiera bakarreko sistemetan, elikadura-iturri-tentsioa, hartzailearen zirkuituaren atalasearen ezaugarriak, erreferentzia-tentsio baten balioa agian kontuan hartu behar ditugu. Eta, noski, aldaerak eta tolerantziak daude, eta horrek ziurgabetasun gehigarria ekartzen du logika-altua-edo-logika-baxua galderari.

Seinale diferentzialetan, egoera logikoa zehaztea erraza da. Alderantzikatu gabeko seinalearen tentsioa alderantzizko seinalearen tentsioa baino handiagoa bada, logika altua duzu. Alderantzikatu gabeko tentsioa alderantzizko tentsioa baino txikiagoa bada, logika baxua duzu. Eta bi egoeren arteko trantsizioa alderantzikatu gabeko eta alderantzizko seinaleak gurutzatzen diren puntua da, hau da, gurutzatze-puntua.

Hau da garrantzitsua dela seinale diferentzialak daramatzaten hari edo arrastoen luzerak parekatzea: denboraren zehaztasun handiena lortzeko, gurutzatze-puntua trantsizio logikoarekin bat etortzea nahi duzu, baina bikoteko bi eroaleak berdinak ez direnean. luzera, hedapen-atzerapenaren aldeak gurutzatze-puntua aldatzea eragingo du.

aplikazioak

Gaur egun, seinale diferentzialak erabiltzen dituzten interfaze estandar asko daude. Horien artean honako hauek daude:

• LVDS (Tentsio baxuko seinaleztapen diferentziala)
• CML (uneko moduaren logika)
• RS485
• RS422
• Ethernet
• CAN
• USB
• Kalitate handiko audio orekatua

Argi dago, seinaleztapen diferentzialaren abantaila teorikoak mundu errealeko hainbat aplikaziotan erabilera praktikoaren bidez baieztatu direla.

Arrasto diferentzialak bideratzeko PCB oinarrizko teknikak

Azkenik, ikas ditzagun arrasto diferentzialak nola bideratzen diren PCBetan. Seinale diferentzialak bideratzea pixka bat konplexua izan daiteke, baina prozesua errazago egiten duten oinarrizko arau batzuk daude.

Luzera eta luzera parekatzea - ​​Berdin mantendu!

Seinale diferentzialak magnitudean berdinak dira eta polaritatean aurkakoak dira. Horrela, kasu idealean, ez da itzulera-korronte garbirik igaroko lurretik. Itzulerako korronterik ez hau gauza ona da, beraz, dena ahalik eta idealen mantendu nahi dugu, eta horrek esan nahi du pare diferentzial bateko bi arrastoentzat luzera berdinak behar ditugula.

Zenbat eta handiagoa izan zure seinalearen igoera/jaitsiera denbora (ez nahastu behar seinalearen maiztasunarekin), orduan eta gehiago ziurtatu beharko duzu arrastoek luzera berdina dutela. Zure diseinu-programak bikote diferentzialen arrastoen luzera finkatzen laguntzen dizun eginbide bat izan dezake. Luzera berdina lortzeko zailtasunak badituzu, "meandro" teknika erabil dezakezu.

 

Meandroen arrasto baten adibidea

Zabalera eta tartea - Mantendu konstante!

Eroale diferentzialak zenbat eta hurbilago egon, orduan eta hobeagoa izango da seinaleen akoplamendua. Sortutako EMI modu eraginkorragoan bertan behera utziko da, eta jasotako EMI berdinago parekatuko da bi seinaleetan. Beraz, saiatu benetan elkarrengana hurbiltzen.

Bikote diferentzialaren eroaleak ondoko seinaleetatik ahalik eta urrunen bideratu behar dituzu, interferentziak saihesteko. Zure arrastoen zabalera eta tartea helburuko inpedantziaren arabera hautatu behar dira eta etengabe mantendu behar dira arrastoen luzera osoan. Beraz, ahal bada, arrastoak paralelo mantendu behar dira PCBaren inguruan bidaiatzen duten bitartean.

Inpedantzia - Minimizatu aldaerak!

Seinale diferentzialak dituen PCB bat diseinatzerakoan egin beharreko gauza garrantzitsuenetako bat zure aplikazioaren xede-inpedantzia jakitea da eta, ondoren, zure bikote diferentzialak horren arabera finkatzea. Gainera, mantendu inpedantzia aldakuntzak ahalik eta txikienak.

Zure lerro diferentzialaren inpedantzia faktoreen araberakoa da, hala nola, arrastoaren zabaleraren, arrastoen akoplamenduaren, kobrearen lodieraren eta PCBaren materialaren eta geruzaren pilaketa. Kontuan izan hauetako bakoitza zure bikote diferentzialaren inpedantzia aldatzen duen ezer saihesten saiatzen zaren bitartean.

Ez bideratu abiadura handiko seinaleak planoko geruza bateko kobre-eremuen arteko hutsune baten gainean, horrek zure inpedantzian ere eragiten duelako. Saiatu lurreko planoetan etenak saihesten.

Diseinu-gomendioak - Irakurri, aztertu eta gehiegi pentsatu!

Eta, azkenik, gauza oso garrantzitsu bat egin behar duzu arrasto diferentzialak bideratzerakoan: Seinale diferentziala bidaltzen edo jasotzen ari den txiparen fitxa teknikoa eta/edo aplikazio-oharrak eskuratu, diseinu-gomendioak irakurri eta aztertu. gertutik. Horrela, diseinu jakin baten mugen barruan ahalik eta diseinu onena ezar dezakezu.

Ondorioa

Seinale diferentzialak tentsio baxuagoekin, SNR onarekin, zaratarekiko immunitate hobearekin eta datu-tasa handiagoarekin transmititzeko aukera ematen digu. Bestalde, eroaleen kopurua handitzen da, eta sistemak transmisore eta hargailu espezializatuak beharko ditu IC digital estandarren ordez.

Gaur egun, seinale diferentzialak estandar askoren parte dira, besteak beste, LVDS, USB, CAN, RS-485 eta Ethernet, eta, beraz, guztiok ezagutu beharko genuke (gutxienez) teknologia hau. Seinale diferentzialak dituen PCB bat diseinatzen ari bazara, gogoratu datu-orri garrantzitsuak eta aplikazioen oharrak kontsultatzea, eta beharrezkoa izanez gero, irakurri berriro artikulu hau!

Utzi mezu bat 

Mezu zerrenda