Thêm yêu thích đặt trang chủ
Chức vụ:Trang Chủ >> Tin tức >> điện tử

danh mục sản phẩm

sản phẩm Thẻ

Fmuser Sites

Khái niệm cơ bản: Tín hiệu một đầu và tín hiệu vi sai

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


Đầu tiên, chúng ta phải tìm hiểu một số điều cơ bản về tín hiệu kết thúc đơn là gì trước khi chúng ta có thể xem xét báo hiệu vi sai và các đặc điểm của nó.

Tín hiệu một đầu

Báo hiệu một đầu là một cách đơn giản và phổ biến để truyền tín hiệu điện từ người gửi đến người nhận. Tín hiệu điện được truyền bởi một điện áp (thường là một điện áp thay đổi), được quy về một điện thế cố định, thường là một nút 0 V được gọi là "mặt đất".

Một dây dẫn mang tín hiệu và một dây dẫn mang điện thế chuẩn chung. Dòng điện kết hợp với tín hiệu đi từ người gửi đến người nhận và quay trở lại nguồn điện thông qua kết nối mặt đất. Nếu nhiều tín hiệu được truyền, mạch sẽ yêu cầu một dây dẫn cho mỗi tín hiệu cộng với một kết nối đất chung; do đó, ví dụ, 16 tín hiệu có thể được truyền bằng cách sử dụng 17 dây dẫn.

 

Cấu trúc liên kết một đầu

Tín hiệu vi sai

Báo hiệu vi sai, ít phổ biến hơn báo hiệu một đầu, sử dụng hai tín hiệu điện áp bổ sung để truyền một tín hiệu thông tin. Vì vậy, một tín hiệu thông tin yêu cầu một cặp dây dẫn; một mang tín hiệu và kia mang tín hiệu ngược.

 

Kết thúc đơn so với vi sai: Sơ đồ thời gian chung

 

Máy thu trích xuất thông tin bằng cách phát hiện sự khác biệt tiềm tàng giữa các tín hiệu được đảo ngược và không được đảo ngược. Hai tín hiệu điện áp là "cân bằng", có nghĩa là chúng có biên độ bằng nhau và phân cực ngược nhau so với điện áp chế độ chung. Các dòng điện trở lại liên quan đến các điện áp này cũng được cân bằng và do đó triệt tiêu lẫn nhau; vì lý do này, chúng ta có thể nói rằng các tín hiệu vi sai có (lý tưởng) không có dòng điện chạy qua kết nối đất.

Với tín hiệu khác biệt, người gửi và người nhận không nhất thiết phải chia sẻ một tham chiếu mặt đất chung. Tuy nhiên, việc sử dụng tín hiệu vi sai không có nghĩa là sự khác biệt về điện thế mặt đất giữa người gửi và người nhận không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch.

Nếu nhiều tín hiệu được truyền đi, thì mỗi tín hiệu cần có hai dây dẫn và thường là cần thiết hoặc ít nhất là có lợi khi kết nối đất, ngay cả khi tất cả các tín hiệu đều khác biệt. Vì vậy, ví dụ, truyền 16 tín hiệu sẽ yêu cầu 33 dây dẫn (so với 17 đối với truyền một đầu). Điều này cho thấy một nhược điểm rõ ràng của tín hiệu vi sai.

 

Cấu trúc liên kết tín hiệu vi sai

Lợi ích của tín hiệu vi sai

Tuy nhiên, có những lợi ích quan trọng của tín hiệu vi sai có thể bù đắp cho số lượng dây dẫn tăng lên.

Không trở lại hiện tại

Vì chúng ta (lý tưởng) không có dòng điện trở lại, tham chiếu mặt đất trở nên ít quan trọng hơn. Điện thế mặt đất thậm chí có thể khác nhau ở người gửi và người nhận hoặc di chuyển xung quanh trong một phạm vi chấp nhận được nhất định. Tuy nhiên, bạn cần phải cẩn thận vì tín hiệu vi sai kết hợp DC (chẳng hạn như USB, RS-485, CAN) thường yêu cầu điện thế nối đất được chia sẻ để đảm bảo rằng các tín hiệu nằm trong điện áp chế độ chung cho phép tối đa và tối thiểu của giao diện.

Khả năng chống lại EMI đến và nhiễu xuyên âm

Nếu EMI (nhiễu điện từ) hoặc nhiễu xuyên âm (tức là EMI được tạo ra bởi các tín hiệu lân cận) được đưa vào từ bên ngoài các dây dẫn vi sai, nó sẽ được cộng như nhau vào tín hiệu đảo ngược và không đảo ngược. Máy thu phản ứng với sự khác biệt về điện áp giữa hai tín hiệu chứ không phải với điện áp một đầu (tức là được quy chiếu trên mặt đất), và do đó mạch máy thu sẽ giảm đáng kể biên độ của nhiễu hoặc nhiễu xuyên âm.

Đây là lý do tại sao các tín hiệu vi sai ít nhạy cảm hơn với EMI, nhiễu xuyên âm hoặc bất kỳ tiếng ồn nào khác ghép thành cả hai tín hiệu của cặp vi sai.

Giảm EMI đi và nhiễu xuyên âm

Chuyển đổi nhanh chóng, chẳng hạn như các cạnh tăng và giảm của tín hiệu kỹ thuật số, có thể tạo ra một lượng EMI đáng kể. Cả tín hiệu một đầu và tín hiệu vi phân đều tạo ra EMI, nhưng hai tín hiệu trong một cặp vi phân sẽ tạo ra các trường điện từ (lý tưởng) có độ lớn bằng nhau nhưng ngược chiều về cực. Điều này, kết hợp với các kỹ thuật duy trì sự gần gũi giữa hai dây dẫn (chẳng hạn như sử dụng cáp xoắn đôi), đảm bảo rằng khí thải từ hai dây dẫn sẽ triệt tiêu lẫn nhau.

Hoạt động điện áp thấp hơn

Tín hiệu một đầu phải duy trì điện áp tương đối cao để đảm bảo tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) thích hợp. Điện áp giao diện một đầu phổ biến là 3.3 V và 5 V. Do khả năng chống nhiễu được cải thiện, tín hiệu vi sai có thể sử dụng điện áp thấp hơn và vẫn duy trì SNR thích hợp. Ngoài ra, SNR của tín hiệu vi sai được tự động tăng lên theo hệ số hai so với việc triển khai một đầu tương đương, bởi vì dải động tại bộ thu vi sai cao gấp đôi dải động của mỗi tín hiệu trong cặp vi sai.

Khả năng truyền dữ liệu thành công bằng cách sử dụng điện áp tín hiệu thấp hơn đi kèm với một số lợi ích quan trọng:

  • Có thể sử dụng điện áp nguồn thấp hơn.
  • Chuyển đổi điện áp nhỏ hơn
    • giảm EMI bức xạ,
    • giảm tiêu thụ điện năng và
    • cho phép tần số hoạt động cao hơn.

Trạng thái cao hoặc thấp và thời gian chính xác

Bạn đã bao giờ tự hỏi làm thế nào chúng ta quyết định chính xác một tín hiệu ở trạng thái logic cao hay logic thấp? Trong các hệ thống một đầu, chúng ta phải xem xét điện áp cung cấp điện, đặc tính ngưỡng của mạch thu, có lẽ là giá trị của điện áp tham chiếu. Và tất nhiên có những biến thể và dung sai, mang lại sự không chắc chắn bổ sung cho câu hỏi logic-cao-hoặc-logic-thấp.

Trong các tín hiệu vi phân, việc xác định trạng thái logic đơn giản hơn. Nếu điện áp của tín hiệu không đảo ngược cao hơn điện áp của tín hiệu đảo ngược, bạn có mức logic cao. Nếu điện áp không nghịch đảo thấp hơn điện áp đảo ngược, bạn có mức logic thấp. Và sự chuyển đổi giữa hai trạng thái là điểm tại đó các tín hiệu không đảo ngược và đảo ngược giao nhau - tức là điểm giao nhau.

Đây là một lý do tại sao điều quan trọng là phải phù hợp với độ dài của dây hoặc dấu vết mang tín hiệu vi sai: Để có độ chính xác về thời gian tối đa, bạn muốn điểm giao nhau tương ứng chính xác với quá trình chuyển đổi logic, nhưng khi hai dây dẫn trong cặp không bằng nhau chiều dài, sự khác biệt về độ trễ lan truyền sẽ làm cho điểm giao nhau dịch chuyển.

Các ứng dụng

Hiện tại có nhiều tiêu chuẩn giao diện sử dụng các tín hiệu vi sai. Chúng bao gồm những điều sau:

  • LVDS (Tín hiệu vi sai điện áp thấp)
  • CML (Logic chế độ hiện tại)
  • RS485
  • RS422
  • Ethernet
  • CAN
  • USB
  • Âm thanh cân bằng chất lượng cao

Rõ ràng, những ưu điểm lý thuyết của tín hiệu vi sai đã được xác nhận bằng cách sử dụng thực tế trong vô số ứng dụng trong thế giới thực.

Các kỹ thuật PCB cơ bản để định tuyến các dấu vết vi sai

Cuối cùng, chúng ta hãy tìm hiểu những điều cơ bản về cách các dấu vết vi phân được định tuyến trên PCB. Định tuyến các tín hiệu vi phân có thể hơi phức tạp, nhưng có một số quy tắc cơ bản giúp quá trình trở nên đơn giản hơn.

Chiều dài và Chiều dài phù hợp - Giữ cho nó bằng nhau!

Tín hiệu vi sai (lý tưởng là) bằng nhau về độ lớn và ngược lại về cực. Do đó, trong trường hợp lý tưởng, không có dòng điện trở thuần nào chạy qua mặt đất. Sự vắng mặt của dòng điện trở lại này là một điều tốt, vì vậy chúng tôi muốn giữ mọi thứ ở mức lý tưởng nhất có thể, và điều đó có nghĩa là chúng tôi cần độ dài bằng nhau cho hai dấu vết trong một cặp vi phân.

Thời gian tăng / giảm của tín hiệu càng cao (không được nhầm lẫn với tần số của tín hiệu), bạn càng phải đảm bảo rằng các dấu vết có độ dài giống hệt nhau. Chương trình bố trí của bạn có thể bao gồm một tính năng giúp bạn tinh chỉnh độ dài của dấu vết cho các cặp vi phân. Nếu gặp khó khăn trong việc đạt được độ dài bằng nhau, bạn có thể sử dụng kỹ thuật "uốn khúc".

 

Một ví dụ về một dấu vết uốn khúc

Chiều rộng và khoảng cách - Giữ cho nó không đổi!

Các dây dẫn vi sai càng gần nhau thì sự ghép nối của các tín hiệu càng tốt. EMI được tạo ra sẽ loại bỏ hiệu quả hơn và EMI nhận được sẽ kết hợp đồng đều hơn vào cả hai tín hiệu. Vì vậy, hãy cố gắng đưa họ thực sự gần nhau.

Bạn nên định tuyến các cặp dây dẫn vi sai càng xa các tín hiệu lân cận càng tốt để tránh nhiễu. Chiều rộng và không gian giữa các vết của bạn nên được chọn theo trở kháng mục tiêu và phải không đổi trên toàn bộ chiều dài của các vết. Vì vậy, nếu có thể, các dấu vết nên vẫn song song khi chúng di chuyển xung quanh PCB.

Trở kháng - Giảm thiểu các biến thể!

Một trong những điều quan trọng nhất cần làm khi thiết kế PCB với các tín hiệu vi sai là tìm ra trở kháng mục tiêu cho ứng dụng của bạn và sau đó bố trí các cặp vi sai cho phù hợp. Ngoài ra, giữ cho các biến thể trở kháng càng nhỏ càng tốt.

Trở kháng của dòng vi sai của bạn phụ thuộc vào các yếu tố như chiều rộng của vết, khớp nối của vết, độ dày của đồng, và chất liệu và lớp của PCB. Hãy xem xét từng điều này khi bạn cố gắng tránh bất cứ điều gì làm thay đổi trở kháng của cặp vi sai của bạn.

Không định tuyến tín hiệu tốc độ cao qua khoảng cách giữa các vùng đồng trên lớp mặt phẳng, vì điều này cũng ảnh hưởng đến trở kháng của bạn. Cố gắng tránh gián đoạn trong máy bay mặt đất.

Đề xuất về bố cục - Đọc, Phân tích và Suy nghĩ kỹ lưỡng về chúng!

Và, cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, có một điều rất quan trọng bạn phải làm khi định tuyến dấu vết vi phân: Lấy biểu dữ liệu và / hoặc ghi chú ứng dụng cho chip đang gửi hoặc nhận tín hiệu vi sai, đọc qua các đề xuất bố cục và phân tích chúng chặt chẽ. Bằng cách này, bạn có thể triển khai bố cục tốt nhất có thể trong giới hạn của một thiết kế cụ thể.

Kết luận

Tín hiệu vi sai cho phép chúng tôi truyền thông tin với điện áp thấp hơn, SNR tốt, cải thiện khả năng miễn nhiễm với nhiễu và tốc độ dữ liệu cao hơn. Mặt khác, số lượng dây dẫn tăng lên, và hệ thống sẽ cần máy phát và máy thu chuyên biệt thay vì các IC kỹ thuật số tiêu chuẩn.

Ngày nay, tín hiệu vi sai là một phần của nhiều tiêu chuẩn, bao gồm LVDS, USB, CAN, RS-485 và Ethernet, và do đó tất cả chúng ta nên (ít nhất) quen thuộc với công nghệ này. Nếu bạn thực sự đang thiết kế một PCB với các tín hiệu khác biệt, hãy nhớ tham khảo các bảng dữ liệu và ghi chú ứng dụng liên quan, và nếu cần, hãy đọc lại bài viết này!

Để lại lời nhắn 

Họ tên *
E-mail *
Điện thoại
Địa Chỉ
Xem mã xác minh? Nhấn vào làm mới!
Tin nhắn
 

Danh sách tin nhắn

Comment Đang tải ...
Trang Chủ| Về chúng tôi| Sản phẩm| Tin tức| Tải về| HỖ TRỢ| Phản hồi| Liên hệ| Dịch vụ

Liên hệ: Zoey Zhang Web: www.fmuser.net

Whatsapp / Wechat: +86 183 1924 4009

Skype: tomleequan Email: [email được bảo vệ] 

Facebook: FMUSERBROADCAST Youtube: KHAI THÁC

Địa chỉ bằng tiếng Anh: Room305, HuiLanGe, No.273 HuangPu Road West, TianHe District., Quảng Châu, Trung Quốc, 510620 Địa chỉ bằng tiếng Trung: 广州市天河区黄埔大道西273号惠兰阁305(3E)