إضافة المفضلة تعيين الصفحة الرئيسية
موضع:الرئيسية >> الأخبار >> الإلكترون

منتجات الفئة

المنتجات للخلف

مواقع FMUSER

الأساسيات: الإشارة أحادية الطرف والتفاضلية

Date:2022/1/6 18:58:09 Hits:


أولاً ، يجب أن نتعلم بعض الأساسيات حول ماهية الإشارة أحادية الطرف قبل أن نتمكن من تجاوز الإشارات التفاضلية وخصائصها.

إشارة أحادية الطرف

تعد الإشارة أحادية الطرف طريقة بسيطة وشائعة لنقل إشارة كهربائية من المرسل إلى جهاز الاستقبال. يتم إرسال الإشارة الكهربائية بواسطة جهد (جهد متغير في كثير من الأحيان) ، والذي يُشار إليه بإمكانية ثابتة ، وعادة ما تكون عقدة 0 فولت يشار إليها باسم "الأرض".

موصل واحد يحمل الإشارة ويحمل موصل واحد الجهد المرجعي المشترك. ينتقل التيار المرتبط بالإشارة من المرسل إلى المستقبل ويعود إلى مصدر الطاقة من خلال الاتصال الأرضي. إذا تم إرسال إشارات متعددة ، فستتطلب الدائرة موصلًا واحدًا لكل إشارة بالإضافة إلى اتصال أرضي مشترك ؛ وهكذا ، على سبيل المثال ، يمكن إرسال 16 إشارة باستخدام 17 موصلاً.

 

طوبولوجيا ذات طرف واحد

التشوير التفاضلي

تستخدم الإشارات التفاضلية ، وهي أقل شيوعًا من الإشارات أحادية الطرف ، إشارتين تكميليتين للجهد من أجل إرسال إشارة معلومات واحدة. لذلك تتطلب إشارة معلومات واحدة زوجًا من الموصلات ؛ أحدهما يحمل الإشارة والآخر يحمل الإشارة المعكوسة.

 

التفاضل الفردي مقابل التفاضل: مخطط التوقيت العام

 

يستخرج جهاز الاستقبال المعلومات عن طريق اكتشاف فرق الجهد بين الإشارات المعكوسة وغير المقلوبة. إشارتا الجهد "متوازنتان" ، بمعنى أن لهما سعة متساوية وقطبية معاكسة بالنسبة إلى جهد الوضع المشترك. إن التيارات العائدة المرتبطة بهذه الفولتية متوازنة أيضًا وبالتالي تلغي بعضها البعض ؛ لهذا السبب ، يمكننا القول أن الإشارات التفاضلية (من الناحية المثالية) لها تيار صفري يتدفق عبر الاتصال الأرضي.

باستخدام الإشارات التفاضلية ، لا يشترك المرسل والمستقبل بالضرورة في مرجع أرضي مشترك. ومع ذلك ، فإن استخدام الإشارات التفاضلية لا يعني أن الاختلافات في إمكانات الأرض بين المرسل والمستقبل ليس لها أي تأثير على تشغيل الدائرة.

في حالة إرسال إشارات متعددة ، يلزم وجود موصلين لكل إشارة ، وغالبًا ما يكون من الضروري أو على الأقل من المفيد تضمين اتصال أرضي ، حتى عندما تكون جميع الإشارات متباينة. وبالتالي ، على سبيل المثال ، يتطلب إرسال 16 إشارة 33 موصلاً (مقارنة بـ 17 للإرسال أحادي الطرف). هذا يدل على عيب واضح في الإشارات التفاضلية.

 

طوبولوجيا الإشارات التفاضلية

فوائد الإشارات التفاضلية

ومع ذلك ، هناك فوائد مهمة للإشارات التفاضلية يمكن أن تعوض عن زيادة عدد الموصلات.

لا عودة الحالية

نظرًا لأن لدينا (بشكل مثالي) لا يوجد تيار عائد ، يصبح المرجع الأرضي أقل أهمية. يمكن أن تختلف إمكانات الأرض عند المرسل والمستقبل أو تتحرك داخل نطاق مقبول معين. ومع ذلك ، يجب أن تكون حذرًا لأن الإشارات التفاضلية المقترنة بالتيار المستمر (مثل USB ، RS-485 ، CAN) تتطلب عمومًا إمكانية أرضية مشتركة لضمان بقاء الإشارات ضمن الحد الأقصى والحد الأدنى المسموح به من جهد الوضع المشترك.

مقاومة التداخل الكهرومغناطيسي الوارد والتداخل

إذا تم إدخال EMI (التداخل الكهرومغناطيسي) أو الحديث المتبادل (أي EMI المتولدة من الإشارات القريبة) من خارج الموصلات التفاضلية ، تتم إضافتها بالتساوي إلى الإشارة المقلوبة وغير المقلوبة. يستجيب المستقبل للاختلاف في الجهد بين الإشارتين وليس للجهد أحادي الطرف (أي المرجعي الأرضي) ، وبالتالي فإن دارة المستقبل ستقلل بشكل كبير من اتساع التداخل أو الحديث المتبادل.

هذا هو السبب في أن الإشارات التفاضلية أقل حساسية لـ EMI ، أو الحديث المتبادل ، أو أي ضوضاء أخرى تقترن في كلتا إشارات الزوج التفاضلي.

الحد من EMI الصادرة والتداخل

يمكن للتحولات السريعة ، مثل الحواف الصاعدة والهابطة للإشارات الرقمية ، أن تولد كميات كبيرة من EMI. تولد كل من الإشارات أحادية الطرف والتفاضلية EMI ، لكن الإشارتين في الزوج التفاضلي ستنشئان مجالات كهرومغناطيسية متساوية (بشكل مثالي) في الحجم ولكن معاكسة في القطبية. هذا ، جنبًا إلى جنب مع التقنيات التي تحافظ على قرب وثيق بين الموصلين (مثل استخدام كبل ثنائي مجدول) ، يضمن أن الانبعاثات الصادرة من الموصلين ستلغي بعضها البعض إلى حد كبير.

عملية الجهد المنخفض

يجب أن تحافظ الإشارات أحادية الطرف على جهد مرتفع نسبيًا لضمان نسبة إشارة إلى ضوضاء مناسبة (SNR). الفولتية المشتركة للواجهة أحادية الطرف هي 3.3 فولت و 5 فولت. نظرًا لمقاومتها المحسنة للضوضاء ، يمكن للإشارات التفاضلية استخدام الفولتية المنخفضة مع الحفاظ على نسبة SNR كافية. أيضًا ، يتم زيادة SNR للإشارات التفاضلية تلقائيًا بمعامل اثنين بالنسبة إلى تنفيذ أحادي الطرف مكافئ ، لأن النطاق الديناميكي في المستقبل التفاضلي يبلغ ضعف النطاق الديناميكي لكل إشارة داخل الزوج التفاضلي.

تأتي القدرة على نقل البيانات بنجاح باستخدام الفولتية المنخفضة للإشارة مع بعض الفوائد المهمة:

  • يمكن استخدام الفولتية منخفضة الإمداد.
  • أصغر انتقالات الجهد
    • تقليل EMI المشعة ،
    • تقليل استهلاك الطاقة ، و
    • تسمح بترددات تشغيل أعلى.

الحالة المرتفعة أو المنخفضة والتوقيت الدقيق

هل تساءلت يومًا كيف نقرر بالضبط ما إذا كانت الإشارة في حالة المنطق المرتفع أو المنطق المنخفض؟ في الأنظمة أحادية الطرف ، علينا أن نأخذ في الاعتبار جهد إمداد الطاقة ، وخصائص العتبة لدائرة المستقبل ، وربما قيمة الجهد المرجعي. وبالطبع هناك اختلافات وتفاوتات تؤدي إلى مزيد من عدم اليقين في سؤال المنطق عالي أو منطق منخفض.

في الإشارات التفاضلية ، يكون تحديد الحالة المنطقية أكثر وضوحًا. إذا كان جهد الإشارة غير المقلوبة أعلى من جهد الإشارة المعكوسة ، فهذا يعني أن لديك منطقًا مرتفعًا. إذا كان الجهد غير المقلوب أقل من الجهد المقلوب ، يكون لديك منطق منخفض. والانتقال بين الحالتين هو النقطة التي تتقاطع عندها الإشارات غير المقلوبة والمقلوبة - أي نقطة التقاطع.

هذا هو أحد الأسباب التي تجعل من المهم مطابقة أطوال الأسلاك أو الآثار التي تحمل إشارات تفاضلية: للحصول على أقصى دقة توقيت ، تريد أن تتوافق نقطة التقاطع تمامًا مع الانتقال المنطقي ، ولكن عندما لا يكون الموصلان في الزوج متساويين الطول ، فإن الاختلاف في تأخير الانتشار سيؤدي إلى تحول نقطة التقاطع.

التطبيقات

يوجد حاليًا العديد من معايير الواجهة التي تستخدم إشارات تفاضلية. وتشمل هذه ما يلي:

  • LVDS (إشارات تفاضلية منخفضة الجهد)
  • CML (منطق الوضع الحالي)
  • RS485
  • RS422
  • إيثرنت
  • CAN
  • ذراع USB‏
  • صوت متوازن عالي الجودة

من الواضح أن المزايا النظرية للإشارات التفاضلية قد تم تأكيدها من خلال الاستخدام العملي في عدد لا يحصى من تطبيقات العالم الحقيقي.

تقنيات PCB الأساسية لتوجيه الآثار التفاضلية

أخيرًا ، دعنا نتعلم أساسيات كيفية توجيه الآثار التفاضلية على مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور. يمكن أن يكون توجيه الإشارات التفاضلية معقدًا بعض الشيء ، ولكن هناك بعض القواعد الأساسية التي تجعل العملية أكثر وضوحًا.

مطابقة الطول والطول - حافظ على المساواة!

الإشارات التفاضلية (بشكل مثالي) متساوية في الحجم ومعاكسة في القطبية. وبالتالي ، في الحالة المثالية ، لن يتدفق أي تيار عائد صافٍ عبر الأرض. يعد غياب تيار العودة هذا أمرًا جيدًا ، لذلك نريد أن نبقي كل شيء مثاليًا قدر الإمكان ، وهذا يعني أننا بحاجة إلى أطوال متساوية للتتبعين في زوج تفاضلي.

كلما زاد وقت صعود / هبوط إشارتك (يجب عدم الخلط بينه وبين تردد الإشارة) ، كلما كان عليك التأكد من أن الآثار لها نفس الطول. قد يتضمن برنامج التخطيط الخاص بك ميزة تساعدك على ضبط طول الآثار للأزواج التفاضلية. إذا كنت تواجه صعوبة في تحقيق نفس الطول ، فيمكنك استخدام تقنية "التعرج".

 

مثال على أثر متعرج

العرض والتباعد - حافظ على ثباتهما!

كلما اقتربت الموصلات التفاضلية ، كان اقتران الإشارات أفضل. سيتم إلغاء EMI المولدة بشكل أكثر فعالية ، وسيتم دمج EMI المستلمة بشكل متساوٍ في كلتا الإشارتين. لذا حاول تقريبهما من بعضهما البعض.

يجب عليك توجيه موصلات الزوج التفاضلي بعيدًا قدر الإمكان عن الإشارات المجاورة لتجنب التداخل. يجب تحديد عرض والمسافة بين آثارك وفقًا لمقاومة الهدف ويجب أن تظل ثابتة على طول الآثار بالكامل. لذلك ، إذا أمكن ، يجب أن تظل الآثار متوازية أثناء انتقالها حول ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

مقاومة - تقليل الاختلافات!

أحد أهم الأشياء التي يجب القيام بها عند تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور بإشارات تفاضلية هو معرفة الممانعة المستهدفة لتطبيقك ثم وضع أزواجك التفاضلية وفقًا لذلك. أيضًا ، حافظ على اختلافات المعاوقة صغيرة قدر الإمكان.

تعتمد مقاومة الخط التفاضلي الخاص بك على عوامل مثل عرض التتبع ، اقتران الآثار ، سماكة النحاس ، مادة ثنائي الفينيل متعدد الكلور وتكدس الطبقة. ضع في اعتبارك كلًا من هذه بينما تحاول تجنب أي شيء يغير مقاومة الزوج التفاضلي.

لا توجه إشارات عالية السرعة عبر فجوة بين المناطق النحاسية على طبقة مستوية ، لأن هذا يؤثر أيضًا على ممانعتك. حاول تجنب الانقطاعات في الطائرات الأرضية.

توصيات التخطيط - اقرأ وحلل وفكر فيها كثيرًا!

وأخيرًا وليس آخرًا ، هناك شيء واحد مهم جدًا عليك القيام به عند توجيه التتبع التفاضلي: احصل على ورقة البيانات و / أو ملاحظات التطبيق للشريحة التي ترسل أو تستقبل الإشارة التفاضلية ، واقرأ توصيات التخطيط ، وحللها عن كثب. بهذه الطريقة يمكنك تنفيذ أفضل تخطيط ممكن ضمن قيود تصميم معين.

وفي الختام

تسمح لنا الإشارات التفاضلية بنقل المعلومات بجهد أقل ، ونسبة إشارة ضوئية جيدة ، ومناعة محسّنة ضد الضوضاء ، ومعدلات بيانات أعلى. من ناحية أخرى ، يزداد عدد الموصلات ، وسيحتاج النظام إلى أجهزة إرسال ومستقبلات متخصصة بدلاً من الدوائر المتكاملة الرقمية القياسية.

في الوقت الحاضر ، تعد الإشارات التفاضلية جزءًا من العديد من المعايير ، بما في ذلك LVDS و USB و CAN و RS-485 و Ethernet ، وبالتالي يجب أن نكون جميعًا (على الأقل) على دراية بهذه التقنية. إذا كنت تقوم بالفعل بتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور بإشارات تفاضلية ، فتذكر الرجوع إلى أوراق البيانات ذات الصلة وملاحظات التطبيق ، وإذا لزم الأمر ، اقرأ هذه المقالة مرة أخرى!

اترك رسالة 

الاسم *
البريد إلكتروني: *
الهاتف:
العنوان:
رمز رؤية رمز التحقق؟ انقر تحديث!
الرسالة
 

قائمة الرسالة

تحميل التعليقات ...
الرئيسية| من نحن| المنتجات| الأخبار| تحميل| الدعم الفني| مشاركة الرأي | تواصل معنا| العطاء

جهة الاتصال: زوي تشانغ www.fmuser.net

ال واتساب / ويشات: +86 183 1924 4009

سكايب: تومليكوان البريد الإلكتروني: [البريد الإلكتروني محمي] 

الفيسبوك: FMUSERBROADCAST يوتيوب: FMUSER زوي

العنوان باللغة الإنجليزية: Room305, HuiLanGe, No.273 HuangPu Road West, TianHe District., GuangZhou, China, 510620 العنوان باللغة الصينية: 广州市天河区黄埔大道西273号惠兰阁305(3E)