Technologie PCB - Définition et avantages des lignes de signal différentiel

Les signaux différentiels utilisent des valeurs numériques pour représenter la différence entre deux grandeurs physiques. Strictement parlant, tous les signaux de tension sont différentiels, car une tension ne peut être relative qu'à une autre. Dans certains systèmes, le « cercle» du système est utilisé comme point de référence de tension. Cette planification du signal est appelée single end lorsque la « masse » est utilisée comme référence pour la mesure de tension. Nous utilisons ce terme parce que le signal est représenté par la tension sur un seul conducteur.

D'autre part, le signal différentiel agit sur les deux conducteurs. La valeur du signal est la différence de tension entre les deux conducteurs. Bien que cela ne soit pas très nécessaire, la moyenne de ces deux tensions restera toujours la même. Faisons une métaphore du signal différentiel. Le signal différentiel est comme deux personnes sur une bascule. Quand une personne est soulevée, une autre est soulevée, mais leur position moyenne reste la même. En continuant l'analogie de la bascule, une valeur positive peut indiquer que la personne à gauche est plus élevée que la personne à droite, et une valeur négative indique que la personne à droite est plus élevée que la personne à gauche. 0 signifie que deux personnes sont au même niveau.

Figure 1 signal différentiel représenté par une bascule

Appliquées à l'électricité, ces deux balançoires sont représentées par une paire de fils électriques marqués V + et V -. Lorsque V + > v -, le signal est défini comme positif

Figure 2 forme d'onde du signal différentiel et équivalent à une extrémité

Figure 2 la tension moyenne autour de l'amplitude du pendule de la paire différentielle est fixée à 2,5 v. lorsque chaque signal de la paire différentielle est limité à une amplitude de 0 - 5 V, la paire différentielle décalée fournira la plus grande plage d'amplitudes du pendule du signal. Cela se produit souvent lorsque vous utilisez une seule alimentation 5V pour le fonctionnement.

Lorsque nous utilisons un signal différentiel au lieu d'un signal à extrémité unique, nous utilisons une paire de fils à la place d'un seul fil, ce qui augmente la complexité de tout circuit d'interface associé. Alors, quels avantages tangibles les signaux différentiels offrent - ils pour justifier la complexité et les coûts accrus?

Le premier avantage des signaux différentiels est que vous pouvez facilement identifier les petits signaux parce que vous contrôlez la tension « de référence». Dans un système avec une référence au sol et un schéma de signalisation à une extrémité, la valeur exacte du signal mesuré dépend de la cohérence du « sol» dans le système. Plus la source de signal et le récepteur de signal sont éloignés, plus il est probable qu'il y ait une différence entre leurs valeurs de tension de masse locale. La valeur du signal récupérée à partir du signal différentiel est en grande partie indépendante de la valeur exacte de la "masse", mais dans une certaine plage.

Le deuxième avantage majeur du signal différentiel est qu'il est hautement immunisé contre les interférences électromagnétiques externes (EMI). La source d'interférence affecte presque au même degré chaque extrémité de la paire de signaux différentiels. Comme la différence de tension détermine la valeur du signal, toute perturbation similaire survenant sur les deux conducteurs sera ignorée. En plus d'être moins sensible aux interférences, les signaux différentiels produisent moins d'EMI que les signaux monoterminaux.

Un troisième avantage offert par les signaux différentiels est que les signaux « bipolaires » peuvent être traités facilement et précisément dans un système d'alimentation unique. Pour traiter les signaux bipolaires d'un système d'alimentation unique, nous devons établir une masse virtuelle à n'importe quelle tension (généralement un point milieu) entre la terre et l'alimentation. Utilisez une tension supérieure à la masse virtuelle pour représenter un signal positif et une tension inférieure à la masse virtuelle pour représenter un signal négatif. Ensuite, les terres virtuelles doivent être correctement attribuées à l'ensemble du système. Pour les signaux différentiels, une telle mise à la Terre virtuelle n'est pas nécessaire, ce qui nous permet de traiter et de propager les signaux bipolaires avec une grande précision sans dépendre de la stabilité de la mise à la Terre virtuelle.