Yr Hanfodion: Arwyddion Un Pen a Gwahaniaethol

Yn gyntaf, mae'n rhaid i ni ddysgu rhai pethau sylfaenol ynghylch beth yw signalau un pen cyn y gallwn fynd dros signalau gwahaniaethol a'i nodweddion.

Signalau Un Diwedd

Mae signalau un pen yn ffordd syml a chyffredin o drosglwyddo signal trydanol o anfonwr i dderbynnydd. Mae'r signal trydanol yn cael ei drosglwyddo gan foltedd (foltedd amrywiol yn aml), sy'n cael ei gyfeirio at botensial sefydlog, fel arfer nod 0 V y cyfeirir ato fel "daear".

Mae un dargludydd yn cario'r signal ac mae un dargludydd yn cario'r potensial cyfeirio cyffredin. Mae'r cerrynt sy'n gysylltiedig â'r signal yn teithio o'r anfonwr i'r derbynnydd ac yn dychwelyd i'r cyflenwad pŵer trwy'r cysylltiad daear. Os caiff signalau lluosog eu trawsyrru, bydd angen un dargludydd ar y gylched ar gyfer pob signal ynghyd ag un cysylltiad daear a rennir; felly, er enghraifft, gellir trawsyrru 16 signal gan ddefnyddio 17 o ddargludyddion.

 

Topoleg un pen

Arwyddion Gwahaniaethol

Mae signalau gwahaniaethol, sy'n llai cyffredin na signalau un pen, yn defnyddio dau signal foltedd cyflenwol er mwyn trosglwyddo un signal gwybodaeth. Felly mae un signal gwybodaeth yn gofyn am bâr o ddargludyddion; mae un yn cario'r signal a'r llall yn cario'r signal gwrthdro.

 

Diwedd sengl vs gwahaniaethol: Diagram amseru generig

 

Mae'r derbynnydd yn echdynnu gwybodaeth trwy ganfod y gwahaniaeth posibl rhwng y signalau gwrthdro a signalau anwrthdro. Mae'r ddau signal foltedd yn "gytbwys," sy'n golygu bod ganddyn nhw osgled cyfartal a polaredd dirgroes o'i gymharu â foltedd modd cyffredin. Mae'r ceryntau dychwelyd sy'n gysylltiedig â'r folteddau hyn hefyd yn gytbwys ac felly'n canslo ei gilydd; am y rheswm hwn, gallwn ddweud bod gan signalau gwahaniaethol (yn ddelfrydol) sero cerrynt yn llifo trwy'r cysylltiad daear.

Gyda signalau gwahaniaethol, nid yw'r anfonwr a'r derbynnydd o reidrwydd yn rhannu cyfeiriad tir cyffredin. Fodd bynnag, nid yw'r defnydd o signalau gwahaniaethol yn golygu nad yw gwahaniaethau mewn potensial daear rhwng anfonwr a derbynnydd yn cael unrhyw effaith ar weithrediad y gylched.

Os trosglwyddir signalau lluosog, mae angen dau ddargludydd ar gyfer pob signal, ac yn aml mae'n angenrheidiol neu o leiaf yn fuddiol cynnwys cysylltiad daear, hyd yn oed pan fo'r holl signalau yn wahaniaethol. Felly, er enghraifft, byddai angen 16 o ddargludyddion i drawsyrru 33 signal (o gymharu â 17 ar gyfer trawsyrru un pen). Mae hyn yn dangos anfantais amlwg o signalau gwahaniaethol.

 

Topoleg signalau gwahaniaethol

Manteision Arwyddion Gwahaniaethol

Fodd bynnag, mae manteision pwysig i signalau gwahaniaethol a all wneud iawn mwy am y cynnydd yn y cyfrif dargludyddion.

Dim Dychwelyd Cyfredol

Gan nad oes gennym ni (yn ddelfrydol) unrhyw gerrynt dychwelyd, mae cyfeirnod y ddaear yn dod yn llai pwysig. Gall y potensial daear hyd yn oed fod yn wahanol yn yr anfonwr a'r derbynnydd neu wrth symud o gwmpas o fewn ystod dderbyniol benodol. Fodd bynnag, mae angen i chi fod yn ofalus oherwydd mae signalau gwahaniaethol cysylltiedig â DC (fel USB, RS-485, CAN) yn gyffredinol yn gofyn am botensial tir a rennir i sicrhau bod y signalau yn aros o fewn foltedd modd cyffredin uchaf a lleiaf a ganiateir y rhyngwyneb.

Gwrthwynebiad i EMI sy'n dod i mewn a Crosstalk

Os cyflwynir EMI (ymyrraeth electromagnetig) neu crosstalk (hy, EMI a gynhyrchir gan signalau cyfagos) o'r tu allan i'r dargludyddion gwahaniaethol, caiff ei ychwanegu'n gyfartal at y signal gwrthdro a di-wrthdro. Mae'r derbynnydd yn ymateb i'r gwahaniaeth mewn foltedd rhwng y ddau signal ac nid i'r foltedd un pen (hy, daeargyfeiriedig), ac felly bydd cylchedwaith y derbynnydd yn lleihau osgled yr ymyrraeth neu'r crosstalk yn fawr.

Dyna pam mae signalau gwahaniaethol yn llai sensitif i EMI, crosstalk, neu unrhyw sŵn arall sy'n cyd-fynd â dau arwydd y pâr gwahaniaethol.

Lleihau EMI sy'n Mynd Allan a Crosstalk

Gall trawsnewidiadau cyflym, fel ymylon cynyddol a chwymp signalau digidol, gynhyrchu symiau sylweddol o EMI. Mae signalau un pen a signalau gwahaniaethol yn cynhyrchu EMI, ond bydd y ddau signal mewn pâr gwahaniaethol yn creu meysydd electromagnetig sydd (yn ddelfrydol) yn gyfartal o ran maint ond yn gyferbyniol mewn polaredd. Mae hyn, ar y cyd â thechnegau sy'n cynnal agosrwydd rhwng y ddau ddargludydd (fel defnyddio cebl pâr troellog), yn sicrhau y bydd yr allyriadau o'r ddau ddargludydd yn canslo ei gilydd i raddau helaeth.

Gweithrediad Foltedd Is

Rhaid i signalau un pen gynnal foltedd cymharol uchel i sicrhau cymhareb signal-i-sŵn (SNR) ddigonol. Mae folteddau rhyngwyneb un pen cyffredin yn 3.3 V a 5 V. Oherwydd eu gwrthwynebiad gwell i sŵn, gall signalau gwahaniaethol ddefnyddio folteddau is a dal i gynnal SNR digonol. Hefyd, mae SNR signalau gwahaniaethol yn cael ei gynyddu'n awtomatig gan ffactor o ddau o'i gymharu â gweithrediad un pen cyfatebol, oherwydd bod yr ystod ddeinamig yn y derbynnydd gwahaniaethol ddwywaith mor uchel ag ystod ddeinamig pob signal o fewn y pâr gwahaniaethol.

Mae'r gallu i drosglwyddo data yn llwyddiannus gan ddefnyddio folteddau signal is yn dod ag ychydig o fanteision pwysig:

• Gellir defnyddio folteddau cyflenwad is.
• Trawsnewidiadau foltedd llai
  • lleihau EMI pelydrol,
  • lleihau'r defnydd o bŵer, a
  • caniatáu ar gyfer amleddau gweithredu uwch.

Cyflwr Uchel neu Isel ac Amseru Cywir

Ydych chi erioed wedi meddwl sut yn union rydyn ni'n penderfynu a yw signal mewn cyflwr rhesymeg-uchel neu resymeg-isel? Mewn systemau un pen, mae'n rhaid i ni ystyried y foltedd cyflenwad pŵer, nodweddion trothwy'r cylchedwaith derbynnydd, efallai gwerth foltedd cyfeirio. Ac wrth gwrs mae yna amrywiadau a goddefiannau, sy'n dod ag ansicrwydd ychwanegol i'r cwestiwn rhesymeg-uchel-neu-resymeg-isel.

Mewn signalau gwahaniaethol, mae pennu'r cyflwr rhesymeg yn fwy syml. Os yw foltedd y signal anwrthdro yn uwch na foltedd y signal gwrthdro, mae gennych resymeg uchel. Os yw'r foltedd anwrthdro yn is na'r foltedd gwrthdro, mae gennych resymeg yn isel. A'r trawsnewidiad rhwng y ddau gyflwr yw'r pwynt lle mae'r signalau anwrthdro a signalau gwrthdro yn croestorri - hy, y pwynt croesi.

Dyma un rheswm pam ei bod yn bwysig cyfateb hyd gwifrau neu olion sy'n cario signalau gwahaniaethol: I gael y trachywiredd amseru mwyaf, rydych chi am i'r pwynt croesi gyfateb yn union i'r trawsnewidiad rhesymeg, ond pan nad yw'r ddau ddargludydd yn y pâr yn gyfartal. hyd, bydd y gwahaniaeth mewn oedi lluosogi yn achosi i'r pwynt croesi symud.

ceisiadau

Ar hyn o bryd mae yna lawer o safonau rhyngwyneb sy'n defnyddio signalau gwahaniaethol. Mae’r rhain yn cynnwys y canlynol:

• LVDS (Arwyddion Gwahaniaethol Foltedd Isel)
• CML (Rhesymeg Modd Presennol)
• RS485
• RS422
• Ethernet
• CAN
• USB
• Sain gytbwys o ansawdd uchel

Yn amlwg, mae manteision damcaniaethol signalau gwahaniaethol wedi'u cadarnhau gan ddefnydd ymarferol mewn cymwysiadau byd go iawn di-rif.

Technegau PCB Sylfaenol ar gyfer Llwybro Olion Gwahaniaethol

Yn olaf, gadewch i ni ddysgu'r pethau sylfaenol o sut mae olion gwahaniaethol yn cael eu cyfeirio ar PCBs. Gall llwybro signalau gwahaniaethol fod ychydig yn gymhleth, ond mae rhai rheolau sylfaenol sy'n gwneud y broses yn fwy syml.

Cydweddu Hyd a Hyd - Cadw'n Gyfartal!

Mae signalau gwahaniaethol (yn ddelfrydol) yn hafal o ran maint a chyferbyn mewn polaredd. Felly, yn yr achos delfrydol, ni fydd unrhyw gerrynt dychwelyd net yn llifo drwy'r ddaear. Mae'r absenoldeb hwn o gerrynt dychwelyd yn beth da, felly rydym am gadw popeth mor ddelfrydol â phosibl, ac mae hynny'n golygu bod angen hyd cyfartal arnom ar gyfer y ddau olion mewn pâr gwahaniaethol.

Po uchaf yw amser codi/cwymp eich signal (na ddylid ei gymysgu ag amledd y signal), y mwyaf y mae'n rhaid i chi sicrhau bod yr olion yr un hyd. Efallai y bydd eich rhaglen gynllun yn cynnwys nodwedd sy'n eich helpu i fireinio hyd olion parau gwahaniaethol. Os ydych chi'n cael anhawster cyrraedd hyd cyfartal, gallwch chi ddefnyddio'r dechneg "dolen".

 

Enghraifft o olin troellog

Lled a Bylchau - Cadw'n Gyson!

Po agosaf yw'r dargludyddion gwahaniaethol, y gorau fydd cyplu'r signalau. Bydd EMI a gynhyrchir yn canslo'n fwy effeithiol, a bydd EMI a dderbynnir yn paru'n fwy cyfartal i'r ddau signal. Felly ceisiwch ddod â nhw'n agos iawn at ei gilydd.

Dylech lwybro'r dargludyddion pâr gwahaniaethol mor bell o signalau cyfagos â phosibl, er mwyn osgoi ymyrraeth. Dylid dewis y lled a'r gofod rhwng eich olion yn ôl y rhwystriant targed a dylai aros yn gyson dros hyd cyfan yr olion. Felly os yn bosibl, dylai'r olion aros yn gyfochrog wrth iddynt deithio o amgylch y PCB.

Rhwystr - Lleihau Amrywiadau!

Un o'r pethau pwysicaf i'w wneud wrth ddylunio PCB gyda signalau gwahaniaethol yw darganfod y rhwystriant targed ar gyfer eich cais ac yna gosod eich parau gwahaniaethol yn unol â hynny. Hefyd, cadwch amrywiadau rhwystriant mor fach â phosibl.

Mae rhwystriant eich llinell wahaniaethol yn dibynnu ar ffactorau megis lled yr olrhain, cyplu'r olion, trwch y copr, a deunydd y PCB a'r pentwr haenau. Ystyriwch bob un o'r rhain wrth i chi geisio osgoi unrhyw beth sy'n newid rhwystriant eich pâr gwahaniaethol.

Peidiwch â llwybro signalau cyflym dros fwlch rhwng ardaloedd copr ar haen awyren, oherwydd mae hyn hefyd yn effeithio ar eich rhwystriant. Ceisiwch osgoi diffyg parhad mewn awyrennau daear.

Argymhellion Cynllun - Darllen, Dadansoddi, a Gorfeddwl!

Ac, yn olaf ond nid yn lleiaf, mae un peth pwysig iawn y mae'n rhaid i chi ei wneud wrth lwybro olion gwahaniaethol: Cael y daflen ddata a / neu nodiadau cais ar gyfer y sglodyn sy'n anfon neu'n derbyn y signal gwahaniaethol, darllenwch trwy'r argymhellion cynllun, a dadansoddwch nhw yn agos. Fel hyn, gallwch chi roi'r cynllun gorau posibl ar waith o fewn cyfyngiadau dyluniad penodol.

Casgliad

Mae signalau gwahaniaethol yn ein galluogi i drosglwyddo gwybodaeth gyda folteddau is, SNR da, gwell imiwnedd i sŵn, a chyfraddau data uwch. Ar y llaw arall, mae cyfrif y dargludyddion yn cynyddu, a bydd angen trosglwyddyddion a derbynyddion arbenigol ar y system yn lle ICs digidol safonol.

Y dyddiau hyn, mae signalau gwahaniaethol yn rhan o lawer o safonau, gan gynnwys LVDS, USB, CAN, RS-485, ac Ethernet, ac felly dylem i gyd (o leiaf) fod yn gyfarwydd â'r dechnoleg hon. Os ydych chi mewn gwirionedd yn dylunio PCB gyda signalau gwahaniaethol, cofiwch ymgynghori â thaflenni data perthnasol a nodiadau app, ac os oes angen darllenwch yr erthygl hon eto!

Gadewch neges 

Rhestr negeseuon