Il-Bażi: Sinjalazzjoni Single-Ended u Differenzjali

L-ewwel, irridu nitgħallmu xi punti bażiċi dwar x'inhu s-sinjalar b'tarf wieħed qabel ma nkunu nistgħu ngħaddu s-sinjalar differenzjali u l-karatteristiċi tiegħu.

Sinjali b'tarf wieħed

Is-sinjalar b'tarf wieħed huwa mod sempliċi u komuni ta 'trażmissjoni ta' sinjal elettriku minn mittent għal riċevitur. Is-sinjal elettriku huwa trażmess b'vultaġġ (spiss vultaġġ li jvarja), li huwa referenzjat għal potenzjal fiss, normalment node 0 V imsejjaħ "art".

Konduttur wieħed iġorr is-sinjal u konduttur wieħed iġorr il-potenzjal ta 'referenza komuni. Il-kurrent assoċjat mas-sinjal jivvjaġġa minn mittent għal riċevitur u jirritorna għall-provvista tal-enerġija permezz tal-konnessjoni tal-art. Jekk jiġu trasmessi sinjali multipli, iċ-ċirkwit jeħtieġ konduttur wieħed għal kull sinjal flimkien ma 'konnessjoni waħda ta' l-art kondiviża; għalhekk, pereżempju, 16-il sinjal jistgħu jiġu trażmessi bl-użu ta '17-il konduttur.

 

Topoloġija b'tarf wieħed

Sinjali Differenzjali

Is-sinjalar differenzjali, li huwa inqas komuni mis-sinjalar b'tarf wieħed, juża żewġ sinjali ta 'vultaġġ komplementari sabiex jittrasmetti sinjal wieħed ta' informazzjoni. Allura sinjal wieħed ta 'informazzjoni jeħtieġ par ta' kondutturi; wieħed iġorr is-sinjal u l-ieħor iġorr is-sinjal maqlub.

 

Single-ended vs differenzjali: Dijagramma tal-ħin ġeneriku

 

Ir-riċevitur estratti l-informazzjoni billi jiskopri d-differenza potenzjali bejn is-sinjali maqluba u mhux maqluba. Iż-żewġ sinjali tal-vultaġġ huma "ibbilanċjati," li jfisser li għandhom amplitudni ugwali u polarità opposta relattiva għal vultaġġ ta 'modalità komuni. Il-kurrenti tar-ritorn assoċjati ma 'dawn il-vultaġġi huma wkoll ibbilanċjati u għalhekk jikkanċellaw lil xulxin; għal din ir-raġuni, nistgħu ngħidu li s-sinjali differenzjali għandhom (idealment) kurrent żero li jgħaddi mill-konnessjoni tal-art.

B'sinjalazzjoni differenzjali, il-mittent u r-riċevitur mhux bilfors jaqsmu referenza komuni. Madankollu, l-użu ta 'sinjalazzjoni differenzjali ma jfissirx li d-differenzi fil-potenzjal tal-art bejn il-mittent u r-riċevitur m'għandhom l-ebda effett fuq it-tħaddim taċ-ċirkwit.

Jekk jiġu trasmessi sinjali multipli, żewġ kondutturi huma meħtieġa għal kull sinjal, u ħafna drabi huwa meħtieġ jew għall-inqas ta 'benefiċċju li tiġi inkluża konnessjoni ta' l-art, anke meta s-sinjali kollha huma differenzjali. Għalhekk, pereżempju, it-trażmissjoni ta '16-il sinjal tkun teħtieġ 33 konduttur (meta mqabbla ma' 17 għal trasmissjoni b'tarf wieħed). Dan juri żvantaġġ ovvju tas-sinjalar differenzjali.

 

Topoloġija tas-sinjalar differenzjali

Benefiċċji ta 'Sinjali Differenzjali

Madankollu, hemm benefiċċji importanti ta 'sinjalazzjoni differenzjali li jistgħu aktar milli jikkumpensaw għall-għadd akbar ta' kondutturi.

Ebda Ritorn Kurrent

Peress li għandna (idealment) l-ebda kurrent ta 'ritorn, ir-referenza tal-art issir inqas importanti. Il-potenzjal tal-art jista 'saħansitra jkun differenti fil-mittent u r-riċevitur jew jiċċaqlaq f'ċerta firxa aċċettabbli. Madankollu, trid toqgħod attent minħabba li s-sinjalar differenzjali akkoppjat b'DC (bħal USB, RS-485, CAN) ġeneralment jeħtieġ potenzjal tal-art kondiviż biex jiġi żgurat li s-sinjali jibqgħu fil-vultaġġ massimu u minimu permissibbli ta 'modalità komuni tal-interface.

Reżistenza għal EMI Dħul u Crosstalk

Jekk EMI (interferenza elettromanjetika) jew crosstalk (jiġifieri, EMI iġġenerat minn sinjali fil-qrib) jiġu introdotti minn barra l-kondutturi differenzjali, huwa miżjud bl-istess mod mas-sinjal maqlub u mhux maqlub. Ir-riċevitur jirrispondi għad-differenza fil-vultaġġ bejn iż-żewġ sinjali u mhux għall-vultaġġ single-ended (jiġifieri, referenza ta 'l-art), u b'hekk iċ-ċirkwit tar-riċevitur se jnaqqas ħafna l-amplitudni ta' l-interferenza jew crosstalk.

Dan huwa għaliex is-sinjali differenzjali huma inqas sensittivi għall-EMI, crosstalk, jew kwalunkwe storbju ieħor li jgħaqqad fiż-żewġ sinjali tal-par differenzjali.

Tnaqqis ta 'EMI Outgoing u Crosstalk

Tranżizzjonijiet mgħaġġla, bħat-truf li qed jogħlew u li jinżlu tas-sinjali diġitali, jistgħu jiġġeneraw ammonti sinifikanti ta 'EMI. Kemm sinjali single-ended u differenzjali jiġġeneraw EMI, iżda ż-żewġ sinjali f'par differenzjali se joħolqu kampi elettromanjetiċi li huma (idealment) ugwali fil-kobor iżda opposti fil-polarità. Dan, flimkien ma 'tekniki li jżommu prossimità mill-qrib bejn iż-żewġ kondutturi (bħall-użu ta' kejbil b'par mibrum), jiżgura li l-emissjonijiet miż-żewġ kondutturi fil-biċċa l-kbira jikkanċellaw lil xulxin.

Operazzjoni b'Vultaġġ Inferjuri

Sinjali b'tarf wieħed għandhom iżommu vultaġġ relattivament għoli biex jiżguraw proporzjon adegwat tas-sinjal għall-istorbju (SNR). Vultaġġi komuni ta 'interface single-ended huma 3.3 V u 5 V. Minħabba r-reżistenza mtejba tagħhom għall-istorbju, sinjali differenzjali jistgħu jużaw vultaġġi aktar baxxi u xorta jżommu SNR adegwat. Ukoll, l-SNR ta 'sinjalazzjoni differenzjali hija awtomatikament miżjuda b'fattur ta' tnejn relattiv għal implimentazzjoni ta 'tarf wieħed ekwivalenti, minħabba li l-firxa dinamika fir-riċevitur differenzjali hija darbtejn ogħla mill-firxa dinamika ta' kull sinjal fi ħdan il-par differenzjali.

Il-kapaċità li tittrasferixxi b'suċċess data bl-użu ta 'vultaġġi tas-sinjali aktar baxxi tiġi flimkien ma' ftit benefiċċji importanti:

• Jistgħu jintużaw vultaġġi ta 'provvista aktar baxxi.
• Transizzjonijiet ta 'vultaġġ iżgħar
  • tnaqqas l-EMI irradjata,
  • tnaqqas il-konsum tal-enerġija, u
  • jippermettu frekwenzi operattivi ogħla.

Stat Għoli jew Baxx u Żmien Preċiż

Qatt ħsibt kif eżatt aħna niddeċiedu jekk sinjal huwiex fi stat loġiku-għoli jew loġiku-baxx? F'sistemi single-ended, irridu nikkunsidraw il-vultaġġ tal-provvista tal-enerġija, il-karatteristiċi tal-limitu taċ-ċirkwiti tar-riċevitur, forsi l-valur ta 'vultaġġ ta' referenza. U ovvjament hemm varjazzjonijiet u tolleranzi, li jġibu inċertezza addizzjonali fil-mistoqsija loġika-għoli-jew-loġika-baxxa.

F'sinjali differenzjali, id-determinazzjoni tal-istat loġiku hija aktar sempliċi. Jekk il-vultaġġ tas-sinjal mhux invertit huwa ogħla mill-vultaġġ tas-sinjal maqlub, għandek loġika għolja. Jekk il-vultaġġ mhux invertit huwa aktar baxx mill-vultaġġ invertit, għandek loġika baxxa. U t-tranżizzjoni bejn iż-żewġ stati hija l-punt li fih is-sinjali mhux maqluba u maqluba jaqsmu—jiġifieri, il-punt crossover.

Din hija raġuni waħda għaliex huwa importanti li tqabbel it-tulijiet ta 'wajers jew traċċi li jġorru sinjali differenzjali: Għal preċiżjoni massima tal-ħin, trid li l-punt ta' qsim jikkorrispondi eżatt mat-tranżizzjoni loġika, iżda meta ż-żewġ kondutturi fil-par ma jkunux ugwali. tul, id-differenza fid-dewmien tal-propagazzjoni tikkawża li l-punt ta 'crossover jinbidel.

applikazzjonijiet

Bħalissa hemm ħafna standards ta 'interface li jużaw sinjali differenzjali. Dawn jinkludu dawn li ġejjin:

• LVDS (Sinjali Differenzjali ta' Vultaġġ Baxx)
• CML (Loġika tal-Modalità Kurrenti)
• RS485
• RS422
• Ethernet
• CAN
• USB
• Awdjo bilanċjat ta 'kwalità għolja

Ovvjament, il-vantaġġi teoretiċi tas-sinjalar differenzjali ġew ikkonfermati permezz ta 'użu prattiku f'għadd ta' applikazzjonijiet fid-dinja reali.

Tekniki Bażiċi tal-PCB għar-Rotot ta' Traċċi Differenzjali

Fl-aħħarnett, ejja nitgħallmu l-baŜi ta 'kif traċċi differenzjali huma mgħoddija fuq PCBs. Ir-rotot tas-sinjali differenzjali jista 'jkun daqsxejn kumpless, iżda hemm xi regoli bażiċi li jagħmlu l-proċess aktar sempliċi.

It-Tqabbil tat-Tul u t-Tul - Żommha Indaqs!

Sinjali differenzjali huma (idealment) ugwali fil-kobor u opposti fil-polarità. Għalhekk, fil-każ ideali, l-ebda kurrent ta 'ritorn nett ma jgħaddi mill-art. Din in-nuqqas ta 'kurrent ta' ritorn hija ħaġa tajba, għalhekk irridu nżommu kollox ideali kemm jista 'jkun, u dan ifisser li għandna bżonn tulijiet ugwali għaż-żewġ traċċi f'par differenzjali.

Iktar ma jkun għoli l-ħin ta 'żieda/waqgħa tas-sinjal tiegħek (ma tridx tiġi konfuża mal-frekwenza tas-sinjal), aktar ikollok tiżgura li t-traċċi jkollhom tul identiku. Il-programm ta' tqassim tiegħek jista' jinkludi karatteristika li tgħinek tirfina t-tul tat-traċċi għal pari differenzjali. Jekk qed ikollok diffikultà biex tikseb tul ugwali, tista 'tuża t-teknika "meander".

 

Eżempju ta 'traċċa meandered

Wisa 'u Spazjar - Żomm Konstanti!

Iktar ma jkunu viċin il-kondutturi differenzjali, aħjar ikun l-akkoppjar tas-sinjali. L-EMI ġenerat se jikkanċella b'mod aktar effettiv, u l-EMI riċevut se jgħaqqad aktar b'mod ugwali fiż-żewġ sinjali. Mela ipprova ġġibhom verament qrib xulxin.

Għandek tgħaddi l-kondutturi tal-par differenzjali kemm jista 'jkun 'il bogħod mis-sinjali ġirien, sabiex tevita interferenza. Il-wisa 'ta' u l-ispazju bejn it-traċċi tiegħek għandhom jintgħażlu skont l-impedenza fil-mira u għandhom jibqgħu kostanti fuq it-tul kollu tat-traċċi. Allura jekk possibbli, it-traċċi għandhom jibqgħu paralleli hekk kif jivvjaġġaw madwar il-PCB.

Impedenza - Imminimizza Varjazzjonijiet!

Waħda mill-aktar affarijiet importanti li għandek tagħmel meta tfassal PCB b'sinjali differenzjali hija li ssib l-impedenza fil-mira għall-applikazzjoni tiegħek u mbagħad poġġi l-pari differenzjali tiegħek kif xieraq. Ukoll, żomm varjazzjonijiet ta 'impedenza żgħar kemm jista' jkun.

L-impedenza tal-linja differenzjali tiegħek tiddependi fuq fatturi bħall-wisa ' tat-traċċa, l-akkoppjar tat-traċċi, il-ħxuna tar-ram, u l-materjal tal-PCB u l-munzell tas-saff. Ikkunsidra kull wieħed minn dawn hekk kif tipprova tevita xi ħaġa li tbiddel l-impedenza tal-par differenzjali tiegħek.

Tgħaddix sinjali ta 'veloċità għolja fuq vojt bejn iż-żoni tar-ram fuq saff pjan, għaliex dan jaffettwa wkoll l-impedenza tiegħek. Ipprova tevita diskontinwitajiet fil-pjani tal-art.

Rakkomandazzjonijiet tal-Layout - Aqra, Analizza, u Aħseb Iżżejjed minnhom!

U, fl-aħħar iżda mhux l-inqas, hemm ħaġa waħda importanti ħafna li għandek tagħmel meta tgħaddi traċċi differenzjali: Ikseb id-datasheet u/jew in-noti tal-applikazzjoni għaċ-ċippa li qed tibgħat jew tirċievi s-sinjal differenzjali, aqra r-rakkomandazzjonijiet tat-tqassim, u analizza minnhom mill-qrib. B'dan il-mod tista 'timplimenta l-aħjar tqassim possibbli fi ħdan ir-restrizzjonijiet ta' disinn partikolari.

konklużjoni

Is-sinjalar differenzjali jippermettilna nittrasmettu informazzjoni b'vultaġġi aktar baxxi, SNR tajjeb, immunità mtejba għall-istorbju, u rati ta 'dejta ogħla. Min-naħa l-oħra, l-għadd tal-kondutturi jiżdied, u s-sistema se teħtieġ trasmettituri u riċevituri speċjalizzati minflok ICs diġitali standard.

Illum il-ġurnata, is-sinjali differenzjali huma parti minn ħafna standards, inklużi LVDS, USB, CAN, RS-485, u Ethernet, u għalhekk ilkoll għandna nkunu (għall-inqas) familjari ma 'din it-teknoloġija. Jekk fil-fatt qed tiddisinja PCB b'sinjali differenzjali, ftakar li tikkonsulta datasheets rilevanti u noti tal-app, u jekk meħtieġ erġa' aqra dan l-artikolu!

Ħalli messaġġ 

Lista messaġġ