Leiterplattentechnisch - Definition und Vorteile der Differenzsignalleitung

A Differenzsignal verwendet einen numerischen Wert, um die Differenz zwischen zwei physikalischen Größen darzustellen. Streng genommen, alle Spannungssignale sind differentiell, weil eine Spannung nur relativ zu einer anderen Spannung sein kann. In einigen Systemen, die Systemmasse als Spannungsbezugspunkt verwendet wird. Wenn "Masse" als Referenz zur Spannungsmessung verwendet wird, Diese Signalplanung wird Single-Ended genannt. Wir verwenden diesen Begriff, weil das Signal durch die Spannung auf einem einzelnen Leiter dargestellt wird.

Auf der anderen Seite wirkt ein Differenzsignal auf zwei Leiter. Der Signalwert ist die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Leitern. Obwohl nicht unbedingt notwendig, bleibt der Durchschnittswert dieser beiden Spannungen immer gleich. Lassen Sie uns eine Methode verwenden, um eine Metapher für differentielle Signale zu erstellen. Differentialsignale sind wie zwei Menschen auf einer Wippe. Wenn eine Person angehoben wird, wird die andere abgehoben – aber ihre durchschnittliche Position bleibt gleich. Wenn man die Analogie der Wippe fortsetzt, kann ein positiver Wert darauf hinweisen, dass die Person links größer ist als die Person rechts, während ein negativer Wert angibt, dass die Person rechts größer ist als die Person links. 0 bedeutet, dass beide Personen auf dem gleichen Niveau sind.

Abbildung 1 Differenzsignal dargestellt durch eine Wippe

Auf Elektrizität angewendet, werden diese beiden Wippen durch ein Paar Drähte mit der Bezeichnung V+ und V-dargestellt. Bei V+>V- wird das Signal als positives Signal definiert

Abbildung 2 Differentialsignalwellenform und einseitiges Äquivalent

Abbildung 2 Die durchschnittliche Spannung um den Schwung des Differenzialpaares wird auf 2,5V eingestellt. Wenn jedes Signal des Paares auf 0-5V Amplitude begrenzt ist, bietet das Ausgleichen des Differenzialpaares einen maximalen Bereich der Signalschwingung. Diese Situation tritt häufig beim Betrieb mit einem einzigen 5V Netzteil auf.

Wenn wir ein Differenzsignal anstelle eines einseitigen Signals verwenden, verwenden wir ein Paar Drähte, um einen einzelnen Draht zu ersetzen, was die Komplexität aller zugehörigen Schnittstellenschaltungen erhöht. Welche greifbaren Vorteile bietet Differentialsignalisierung, um die Zunahme an Komplexität und Kosten zu rechtfertigen?

Der erste Vorteil von Differenzsignalen besteht darin, dass Sie kleine Signale leicht identifizieren können, da Sie die Referenzspannung steuern. In einem System mit Erdbezug und einseitigem Signalschema hängt der genaue Wert des gemessenen Signals von der Konsistenz der "Masse" im System ab. Je weiter die Signalquelle und der Signalempfänger liegen, desto größer ist die Möglichkeit einer Differenz zwischen ihren lokalen Massespannungswerten. Der aus dem Differenzsignal zurückgewonnene Signalwert ist weitgehend unabhängig vom genauen Wert der Masse, aber innerhalb eines bestimmten Bereichs.

Der zweite große Vorteil der Differentialsignalisierung besteht darin, dass sie sehr immun gegen externe elektromagnetische Störungen (EMI) ist. Eine Interferenzquelle beeinflusst jedes Ende eines differentiellen Signalpaares in fast gleichem Ausmaß. Da die Spannungsdifferenz den Signalwert bestimmt, werden ähnliche Störungen, die auf den beiden Leitern auftreten, ignoriert. Zusätzlich zu ihrer geringeren Störempfindlichkeit erzeugen differentielle Signale weniger EMI als single-ended Signale.

Die dritte Leistung von Differenzsignalisierung is that in a single-supply system, Es ist möglich, bipolare Signale mit Leichtigkeit und Präzision zu verarbeiten. Um mit dem einseitigen, bipolares Signal des Single-Supply Systems, we must establish a virtual ground at an arbitrary voltage (usually the midpoint) between the ground and the mains. Verwenden Sie eine Spannung höher als die virtuelle Masse, um das positive Signal darzustellen, und eine Spannung niedriger als die virtuelle Masse, um das negative Signal darzustellen. Nächster, Das virtuelle Land muss korrekt auf das gesamte System verteilt werden. Für Differenzsignals, es gibt keinen Bedarf für einen solchen virtuellen Boden, Damit können wir bipolare Signale mit hoher Genauigkeit verarbeiten und verbreiten, ohne auf die Stabilität des virtuellen Bodens angewiesen zu sein.