¿Por qué la señalización diferencial envía señales complementarias en lugar de simplemente emparejar la entrada y la tensión de tierra?

"Ground" como concepto necesita una aclaración. Si tiene solo una línea de señal y una conexión a tierra, entonces sí, es difícil notar la diferencia. Pero si hay algo más en juego, es importante.

Toda la señalización de CA involucra el flujo de corriente , incluso si se mide como un voltaje en el receptor. Como mínimo, debe cargar / descargar la capacitancia parásita del receptor, y el cable de señal también tendrá una capacitancia a tierra. Tenga en cuenta que el comportamiento del modo común solo se mantiene si los dos cables tienen la misma longitud y están a una distancia constante entre sí.

Entonces, si tiene un cable de señal y un cable de tierra, entonces la corriente en el cable de señal debe debe coincidir con una corriente correspondiente en la otra dirección en el cable de tierra. Si tiene muchas señales, el cable de tierra contendrá una copia combinada de todas las señales. Por lo tanto, es ventajoso que cada señal tenga su propia base. Si observas VGA, notarás que cada señal tiene su propio terreno debido a esto. Si observa el IDE de 80 pines, cada par de señales tiene un cable de tierra entre ellos en el cable plano. Esos son para evitar que los cables de señal induzcan corrientes entre sí ("interferencia").

Una vez que haya aceptado que cada señal debe tener su propio terreno coincidente, es más natural abarcar los dos como un par emparejado, desconecte uno de tierra y conéctelos a través de una red de resistencias de terminación, y accione / Léalos como una señal diferencial.

La diferencia es que las líneas diferenciales están emparejadas en impedancia de modo común (conexión a tierra), de modo que el ruido inducido o acoplado capacitivamente a las líneas tiende a ser ruido de modo común y, por lo tanto, se rechaza.

Un cable accionado diferencialmente no crea una interferencia de campo lejano efectiva, lo que se crea mediante un cable se cancela con el otro. Hasta ahora, todos estamos hablando de susceptibilidad, pero lo importante es que dos señales antifásicas que se transportan a lo largo de dos cables (como el par trenzado) pueden generar campos locales E y H, pero estos campos se cancelan efectivamente en a poca distancia.

Si transmitiera una única señal finalizada como esta, la interferencia del campo lejano sería significativamente mayor.

Lo que te falta es la inmunidad al ruido.

Digamos que tienes 2 líneas, una a + 5V y otra a -5V. La diferencia entre ellos es 10V.

Ahora digamos que 1V de ruido se induce en cada línea por igual. La línea + 5V se convierte en + 6V, y la línea -5V se convierte en -4V (5 + 1 = 6, -5 + 1 = -4).

La diferencia entre las dos líneas sigue siendo 10V. El ruido se ha cancelado y la señal original sigue intacta.

Ese es el punto principal de la señalización diferencial.

  

¿por qué no simplemente hacer el par de señales de la siguiente manera?

     

D + = V_SIGNAL

     

D- = V_GROUND

Supongo que quiere decir que la señal V_GROUND se conectaría a la tierra del circuito en un extremo o en el otro del enlace. Tal vez en ambos extremos.

Si hace esto, ya no está haciendo la señalización diferencial, está haciendo la señalización de un solo extremo o no balanceada .

Entonces, la pregunta que realmente está haciendo es: ¿Cuándo usamos señales diferenciales y cuándo usamos señales de un solo extremo?

Las señales de un solo extremo se utilizan en muchas situaciones. La mayoría de las trazas en una PCB son típicamente señales desequilibradas. Para conexiones cortas con señales que cambian lentamente sobre un cable plano entre placas, a menudo usamos señales de un solo extremo. Incluso para conexiones largas entre cajas, se pueden usar señales no balanceadas.

Pero para lograr una buena inmunidad al ruido y bajas emisiones radiadas, para señales razonablemente rápidas en distancias "largas", las señales desequilibradas generalmente requieren un cable blindado, como un cable coaxial.

Pero el cable coaxial es más costoso que el cable de par trenzado sin protección (UTP) ahora omnipresente.

Así que preferiríamos, si podemos salirnos con la suya, usar UTP.

Ahora, si manejamos una señal en una línea de una conexión UTP, podemos, como usted dice, eliminar la interferencia de modo común al recibir la señal en el otro extremo con un receptor diferencial (V_SIGNAL = V + - V-) . Pero mira la señal que estamos enviando en el cable. La señal que estamos generando tiene un componente de modo común sustancial.

V_CM = 0.5 * (D+ + D-)

Debido a esta señal de modo común, es probable que nuestro sistema se irradie con fuerza, lo que dificultará la venta en la mayoría de las jurisdicciones.

Realmente, estamos usando señalización diferencial para permitirnos usar cableado UTP de bajo costo con emisiones radiadas razonables (es de esperar que cumplan con los estándares). En algunos casos, es posible que sigamos prefiriendo señales no balanceadas en cables blindados cuando los requisitos del sistema (requisitos de emisiones muy bajas o de inmunidad muy estrictos) justifican el costo.

Incluso en distancias cortas dentro de una caja, podríamos usar la señalización diferencial en un cable sin torsión (como un cable plano común) para reducir las emisiones a un costo menor que el uso de cables blindados.

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¿Cuál es la ruta de retorno típica para la corriente controlada en el par diferencial?

Las corrientes en los dos conductores de un par diferencial (para una señal diferencial) son iguales y opuestas. Podría decir que cada uno de los conductores es el camino de retorno para el otro, o podría decir que la corriente neta es cero, por lo que no es necesario ningún camino de retorno.

Por supuesto, si lanza una señal de modo común en el par diferencial, su corriente deberá regresar de alguna manera. Si no hay una ruta de retorno diseñada para la señal de modo común, podría viajar a través de un bucle grande y causar problemas importantes de EMC.

  

¿Qué ocurre exactamente con la señalización de par diferencial que causa la cancelación de EMR?

1. Debido a que los dos cables están estrechamente acoplados entre sí, existe una pequeña área de bucle entre ellos, por lo que la posibilidad de generar campos magnéticos es pequeña. Pero podría lograr lo mismo con una línea de transmisión de un solo extremo bien diseñada.

2. En par trenzado, tiene bucles alternos donde el campo magnético estará en direcciones opuestas. En el campo lejano, las contribuciones de los bucles alternos tenderán a cancelarse entre sí, dando como resultado muy poca radiación. También habrá un efecto similar para la susceptibilidad.