Əsaslar: Təktərəfli və Diferensial Siqnallaşdırma

Birincisi, diferensial siqnal və onun xüsusiyyətlərini nəzərdən keçirməzdən əvvəl birtərəfli siqnalın nə olduğu haqqında bəzi əsasları öyrənməliyik.

Tək tərəfli siqnalizasiya

Tək uçlu siqnalizasiya elektrik siqnalının göndəricidən qəbulediciyə ötürülməsinin sadə və ümumi üsuludur. Elektrik siqnalı sabit potensiala istinad edilən bir gərginlik (çox vaxt dəyişən gərginlik) ilə ötürülür, adətən "torpaq" adlanan 0 V node.

Bir dirijor siqnalı, bir dirijor isə ümumi istinad potensialını daşıyır. Siqnalla əlaqəli cərəyan göndəricidən qəbulediciyə keçir və torpaq bağlantısı vasitəsilə enerji təchizatına qayıdır. Birdən çox siqnal ötürülürsə, dövrə hər siqnal üçün bir keçirici və bir paylaşılan torpaq bağlantısı tələb edəcək; beləliklə, məsələn, 16 keçiricidən istifadə edərək 17 siqnal ötürülə bilər.

 

Tək uclu topologiya

Diferensial siqnalizasiya

Birtərəfli siqnaldan daha az yayılmış olan diferensial siqnal, bir məlumat siqnalını ötürmək üçün iki tamamlayıcı gərginlik siqnalından istifadə edir. Beləliklə, bir məlumat siqnalı bir cüt keçirici tələb edir; biri siqnalı, digəri isə ters çevrilmiş siqnalı daşıyır.

 

Tək uçlu və diferensial: Ümumi vaxt diaqramı

 

Qəbuledici ters çevrilmiş və çevrilməmiş siqnallar arasındakı potensial fərqi aşkar edərək məlumatı çıxarır. İki gərginlik siqnalı "balanslıdır", yəni ümumi rejimli gərginliyə nisbətən bərabər amplituda və əks qütblərə malikdir. Bu gərginliklərlə əlaqəli geri cərəyanlar da balanslaşdırılır və beləliklə, bir-birini ləğv edir; bu səbəblə deyə bilərik ki, diferensial siqnallar (ideal olaraq) yerlə əlaqədən keçən sıfır cərəyana malikdir.

Diferensial siqnalla, göndərici və qəbuledici mütləq ümumi yer istinadını paylaşmır. Bununla belə, diferensial siqnaldan istifadə o demək deyil ki, göndərici və qəbuledici arasında torpaq potensialındakı fərqlər dövrənin işinə heç bir təsir göstərmir.

Birdən çox siqnal ötürülürsə, hər bir siqnal üçün iki keçirici lazımdır və hətta bütün siqnallar diferensial olduqda belə, torpaq bağlantısının daxil edilməsi çox vaxt zəruridir və ya ən azı faydalıdır. Beləliklə, məsələn, 16 siqnalın ötürülməsi üçün 33 keçirici tələb olunur (birtərəfli ötürülmə üçün 17 ilə müqayisədə). Bu, diferensial siqnalın açıq bir çatışmazlığını nümayiş etdirir.

 

Diferensial siqnal topologiyası

Diferensial siqnalın üstünlükləri

Bununla belə, diferensial siqnalın artan dirijor sayını kompensasiya etməkdən daha çox vacib faydaları var.

Qaytarma cərəyanı yoxdur

Bizdə (ideal olaraq) geri qaytarma cərəyanı olmadığından, yerə istinad daha az əhəmiyyət kəsb edir. Torpaq potensialı hətta göndərici və qəbuledicidə fərqli ola bilər və ya müəyyən məqbul diapazonda hərəkət edə bilər. Bununla belə, diqqətli olmalısınız, çünki DC ilə birləşdirilmiş diferensial siqnal (məsələn, USB, RS-485, CAN kimi) siqnalların interfeysin maksimum və minimum icazə verilən ümumi rejim gərginliyi daxilində qalmasını təmin etmək üçün ümumiyyətlə ümumi yer potensialını tələb edir.

Daxil olan EMI və Crossstalk-a qarşı müqavimət

EMI (elektromaqnit müdaxiləsi) və ya çarpaz əlaqə (yəni, yaxınlıqdakı siqnallar tərəfindən yaradılan EMI) diferensial keçiricilərin kənarından daxil edilərsə, o, ters çevrilmiş və çevrilməmiş siqnala bərabər şəkildə əlavə olunur. Qəbuledici tək uclu (yəni yerə istinad edilən) gərginliyə deyil, iki siqnal arasındakı gərginlik fərqinə cavab verir və beləliklə, qəbuledici dövrə müdaxilənin və ya çarpaz əlaqənin amplitüdünü xeyli azaldacaq.

Buna görə diferensial siqnallar EMI, çarpaz əlaqə və ya diferensial cütün hər iki siqnalına qoşulan hər hansı digər səs-küyə daha az həssasdır.

Çıxan EMI və Crossstalk-ın azaldılması

Rəqəmsal siqnalların yüksələn və enən kənarları kimi sürətli keçidlər əhəmiyyətli miqdarda EMI yarada bilər. Həm tək uclu, həm də diferensial siqnallar EMI yaradır, lakin diferensial cütdəki iki siqnal böyüklükdə (ideal olaraq) bərabər, lakin qütb baxımından əks olan elektromaqnit sahələri yaradacaq. Bu, iki keçirici arasında yaxınlığı təmin edən üsullarla (məsələn, bükülmüş cüt kabelin istifadəsi) iki keçiricidən gələn emissiyaların bir-birini əhəmiyyətli dərəcədə ləğv etməsini təmin edir.

Aşağı Gərginlikli Əməliyyat

Tək uçlu siqnallar adekvat siqnal-küy nisbətini (SNR) təmin etmək üçün nisbətən yüksək gərginliyi saxlamalıdır. Ümumi birtərəfli interfeys gərginlikləri 3.3 V və 5 V-dir. Səs-küyə qarşı təkmil müqaviməti sayəsində diferensial siqnallar daha aşağı gərginliklərdən istifadə edə və hələ də adekvat SNR-ni saxlaya bilər. Həmçinin, diferensial siqnalın SNR-i ekvivalent birtərəfli həyata keçirməyə nisbətən avtomatik olaraq iki dəfə artır, çünki diferensial qəbuledicidəki dinamik diapazon diferensial cütdəki hər bir siqnalın dinamik diapazonundan iki dəfə yüksəkdir.

Aşağı siqnal gərginliyindən istifadə edərək məlumatı uğurla ötürmək imkanı bir neçə vacib üstünlüklə gəlir:

• Aşağı təchizatı gərginlikləri istifadə edilə bilər.
• Daha kiçik gərginlik keçidləri
  • radiasiya EMI azaltmaq,
  • enerji istehlakını azaltmaq və
  • daha yüksək əməliyyat tezliklərinə imkan verir.

Yüksək və ya Aşağı Dövlət və Dəqiq Zamanlama

Siqnalın məntiqi yüksək və ya məntiqi aşağı vəziyyətdə olduğuna necə qərar verdiyimizi heç düşünmüsünüzmü? Tək uçlu sistemlərdə enerji təchizatı gərginliyini, qəbuledici dövrəsinin eşik xüsusiyyətlərini, bəlkə də istinad gərginliyinin dəyərini nəzərə almalıyıq. Və təbii ki, məntiq-yüksək-və ya-məntiq-aşağı sualına əlavə qeyri-müəyyənlik gətirən variasiyalar və tolerantlıqlar var.

Diferensial siqnallarda məntiq vəziyyətini təyin etmək daha sadədir. Əgər ters çevrilməmiş siqnalın gərginliyi ters çevrilmiş siqnalın gərginliyindən yüksəkdirsə, məntiqiniz yüksəkdir. Əgər ters çevrilməmiş gərginlik ters çevrilmiş gərginlikdən aşağıdırsa, məntiqiniz aşağıdır. Və iki vəziyyət arasında keçid ters çevrilməmiş və ters çevrilmiş siqnalların kəsişdiyi nöqtədir, yəni kəsişmə nöqtəsidir.

Diferensial siqnalları daşıyan naqillərin və ya izlərin uzunluqlarının uyğunlaşdırılmasının vacib olmasının səbəblərindən biri budur: Maksimum vaxt dəqiqliyi üçün kəsişmə nöqtəsinin məntiqi keçidə tam uyğun olmasını istəyirsiniz, lakin cütlükdəki iki keçirici bərabər olmadıqda uzunluğu, yayılma gecikməsindəki fərq kəsişmə nöqtəsinin sürüşməsinə səbəb olacaqdır.

Applications

Hazırda diferensial siqnallardan istifadə edən bir çox interfeys standartları mövcuddur. Bunlara aşağıdakılar daxildir:

• LVDS (aşağı gərginlikli diferensial siqnal)
• CML (Cari rejim məntiqi)
• RS485
• RS422
• Ethernet
• CAN
• USB
• Yüksək keyfiyyətli balanslaşdırılmış səs

Aydındır ki, diferensial siqnalın nəzəri üstünlükləri saysız-hesabsız real dünya tətbiqlərində praktiki istifadə ilə təsdiq edilmişdir.

Diferensial İzləri Yönləndirmək üçün Əsas PCB Texnikaları

Nəhayət, PCB-lərdə diferensial izlərin necə yönləndirilməsinin əsaslarını öyrənək. Diferensial siqnalların marşrutlaşdırılması bir az mürəkkəb ola bilər, lakin prosesi daha sadə edən bəzi əsas qaydalar var.

Uzunluq və uzunluq uyğunluğu - bərabər saxlayın!

Diferensial siqnallar (ideal olaraq) böyüklükdə bərabər və qütbdə əksdir. Beləliklə, ideal vəziyyətdə, yerdən heç bir xalis geri cərəyan axmayacaq. Bu qaytarma cərəyanının olmaması yaxşı bir şeydir, ona görə də biz hər şeyi mümkün qədər ideal saxlamaq istəyirik və bu o deməkdir ki, diferensial cütdəki iki iz üçün bərabər uzunluğa ehtiyacımız var.

Siqnalınızın yüksəlmə/düşmə vaxtı nə qədər yüksəkdirsə (siqnalın tezliyi ilə səhv salmayın), izlərin eyni uzunluğa malik olmasını bir o qədər çox təmin etməlisiniz. Planlaşdırma proqramınıza diferensial cütlər üçün izlərin uzunluğunu dəqiq tənzimləməyə kömək edən funksiya daxil ola bilər. Bərabər uzunluğa nail olmaqda çətinlik çəkirsinizsə, "meander" texnikasından istifadə edə bilərsiniz.

 

Mendereli iz nümunəsi

Genişlik və Aralıq – Onu Sabit saxlayın!

Diferensial keçiricilər nə qədər yaxın olarsa, siqnalların birləşməsi bir o qədər yaxşı olar. Yaradılan EMI daha effektiv şəkildə ləğv ediləcək və qəbul edilən EMI hər iki siqnala daha bərabər şəkildə birləşdiriləcək. Buna görə də, onları bir-birinə yaxınlaşdırmağa çalışın.

Müdaxilədən qaçmaq üçün diferensial cüt keçiriciləri mümkün qədər qonşu siqnallardan uzaqlaşdırmalısınız. İzlərinizin eni və arasındakı boşluq hədəf empedansa uyğun seçilməli və izlərin bütün uzunluğunda sabit qalmalıdır. Beləliklə, mümkünsə, izlər PCB ətrafında hərəkət edərkən paralel qalmalıdır.

Empedans - Variasiyaları minimuma endir!

Diferensial siqnalları olan bir PCB dizayn edərkən edilməli olan ən vacib şeylərdən biri tətbiqiniz üçün hədəf empedansı tapmaq və sonra diferensial cütlərinizi müvafiq olaraq tərtib etməkdir. Həmçinin, empedans dəyişikliklərini mümkün qədər kiçik saxlayın.

Diferensial xəttinizin empedansı izin eni, izlərin birləşməsi, misin qalınlığı və PCB-nin materialı və təbəqəsinin yığılması kimi amillərdən asılıdır. Diferensial cütünüzün empedansını dəyişdirən hər hansı bir şeydən qaçmağa çalışarkən bunların hər birini nəzərdən keçirin.

Yüksək sürətli siqnalları müstəvi qatdakı mis sahələr arasındakı boşluq üzərindən ötürməyin, çünki bu da sizin empedansa təsir edir. Yer təyyarələrində fasilələrin qarşısını almağa çalışın.

Planlaşdırma Tövsiyələri – Onları Oxuyun, Analiz Edin və Çox Düşünün!

Və nəhayət, diferensial izləri yönləndirərkən etməli olduğunuz çox vacib bir şey var: Diferensial siqnalı göndərən və ya qəbul edən çip üçün məlumat cədvəlini və/yaxud tətbiq qeydlərini əldə edin, tərtibat tövsiyələrini oxuyun və təhlil edin. onları yaxından. Beləliklə, müəyyən bir dizaynın məhdudiyyətləri daxilində mümkün olan ən yaxşı planı həyata keçirə bilərsiniz.

Nəticə

Diferensial siqnal bizə daha aşağı gərginliklər, yaxşı SNR, səs-küyə qarşı təkmilləşdirilmiş toxunulmazlıq və daha yüksək məlumat sürəti ilə məlumat ötürməyə imkan verir. Digər tərəfdən, dirijorların sayı artır və sistemə standart rəqəmsal IC-lər əvəzinə xüsusi ötürücülər və qəbuledicilər lazımdır.

Hal-hazırda, diferensial siqnallar LVDS, USB, CAN, RS-485 və Ethernet daxil olmaqla bir çox standartların bir hissəsidir və buna görə də hamımız (ən azı) bu texnologiya ilə tanış olmalıyıq. Əgər siz həqiqətən diferensial siqnalları olan bir PCB dizayn edirsinizsə, müvafiq məlumat cədvəlləri və proqram qeydləri ilə məsləhətləşməyi unutmayın və lazım gələrsə, bu məqaləni yenidən oxuyun!

Mesaj yaz 

Message siyahısı