Transmisi sinyal sangat umum dalam kehidupan kita sehari-hari, seperti pada ponsel, televisi, dan internet.

Transmisi sinyal single-ended adalah jenis transmisi sinyal yang paling sering kita gunakan.

Sinyal single-ended mengacu pada sinyal yang ditransmisikan hanya menggunakan satu jalur sinyal. Sinyal ini mengirimkan sinyal melalui satu konduktor dan paling umum digunakan dalam sinyal audio dan video single-ended—misalnya, headphone adalah perangkat yang menerima sinyal single-ended. Dalam sinyal single-ended, sinyal dikodekan dan ditransmisikan menggunakan tegangan atau arus relatif terhadap tingkat referensi atau ground. Misalnya, tegangan yang lebih tinggi dari tingkat ground dapat mewakili logika "1", sedangkan tegangan yang lebih rendah dari tingkat ground dapat mewakili logika "0". Ini adalah transmisi sinyal single-ended: sederhana, tetapi sangat rentan terhadap interferensi.

Misalkan Anda sedang menelepon di lingkungan yang bising. Kebisingan di sekitar akan mengganggu panggilan Anda, sehingga orang lain sulit mendengar Anda dengan jelas. Ini mirip dengan bagaimana transmisi sinyal single-ended rentan terhadap interferensi, kecuali bahwa interferensi dalam transmisi sinyal adalah interferensi elektromagnetik (EMI). Bagaimana cara memecahkan masalah ini? Jawabannya adalah dengan menggunakan transmisi sinyal diferensial.

Pensinyalan diferensial adalah teknologi transmisi sinyal yang dicirikan dengan mentransmisikan dua sinyal secara bersamaan melalui dua kabel. Kedua sinyal ini memiliki amplitudo yang sama tetapi fase yang berlawanan—dan itulah sinyal diferensial. Jadi, apa manfaat dari pendekatan ini? Silakan lihat diagram di bawah ini:

1. "Pengirim" (ujung transmisi) menggunakan dua kabel untuk mengirimkan sinyal saat mengirimkan sinyal melalui jalur: kabel bawah mengirimkan sinyal asli, sedangkan kabel atas mengirimkan sinyal terbalik.
2. Selama transmisi, sinyal noise ("Noise") terjadi dan menumpangkan dirinya pada sinyal dari kedua kabel atas dan bawah. Seperti yang bisa dilihat, sinyal di kedua kabel menunjukkan fluktuasi yang sama.
3. "Penerima" (ujung penerima) menentukan apakah pengirim mengirimkan logika 0 atau logika 1 dengan membandingkan perbedaan tegangan antara kedua sinyal ini. (Dalam komunikasi digital, informasi direpresentasikan dan ditransmisikan dalam bentuk biner, yaitu, menggunakan kombinasi 0 dan 1 untuk mewakili simbol atau data yang berbeda.)

• Kemampuan anti-interferensi yang kuat: Kebisingan interferensi umumnya diterapkan secara merata dan bersamaan ke dua kabel sinyal diferensial, tetapi penerima hanya peduli pada perbedaan sinyal antara kedua kabel ini. Oleh karena itu, noise tidak berdampak pada makna logis dari sinyal, sehingga mencapai pembatalan noise yang lengkap.

  Aplikasi praktis: Dalam transmisi data berkecepatan tinggi, sinyal diferensial dapat secara efektif mengurangi distorsi sinyal yang disebabkan oleh interferensi elektromagnetik eksternal, memastikan akurasi dan integritas data.

• Penekanan efektif terhadap interferensi elektromagnetik (EMI): Karena kedua kabel sinyal diferensial ditempatkan berdekatan dan memiliki amplitudo sinyal yang sama, medan elektromagnetik yang digabungkan antara setiap kabel dan ground juga memiliki amplitudo yang sama. Pada saat yang sama, polaritas sinyalnya berlawanan, sehingga medan elektromagnetiknya saling membatalkan. Dengan demikian, sinyal diferensial menyebabkan lebih sedikit interferensi elektromagnetik ke dunia luar.

  Aplikasi praktis: Sinyal diferensial banyak digunakan dalam sistem komunikasi dan pemrosesan sinyal, terutama dalam skenario di mana radiasi dan interferensi elektromagnetik perlu dikurangi—seperti dalam elektronik otomotif dan bidang dirgantara.

• Penentuan waktu yang akurat: Penerima sinyal diferensial menilai transisi logika 0/1 berdasarkan titik di mana perbedaan amplitudo antara kedua kabel berubah dari positif ke negatif (atau sebaliknya). Metode ini lebih akurat daripada sinyal single-ended (yang bergantung pada penilaian tegangan ambang batas), karena kurang dipengaruhi oleh rasio tegangan ambang batas terhadap tegangan amplitudo sinyal. Oleh karena itu, lebih cocok untuk sinyal beramplitudo rendah.

  Aplikasi praktis: Dalam transmisi data berkecepatan tinggi dan pengukuran presisi, penentuan waktu yang akurat dari sinyal diferensial memastikan sinkronisasi data dan pemrosesan yang akurat, meningkatkan kinerja dan stabilitas sistem.

1. Dibandingkan dengan sinyal single-ended, sinyal diferensial membutuhkan dua kabel sinyal untuk mengirimkan informasi yang sama. Ini berarti bahwa saat mengirimkan jumlah data yang sama, sinyal diferensial membutuhkan lebih banyak kabel sinyal, meningkatkan jumlah koneksi sirkuit dan permintaan untuk area PCB (Printed Circuit Board).
2. Jalur diferensial harus berupa dua kabel dengan panjang yang sama, lebar yang sama, berdekatan, dan terletak pada lapisan yang sama.
3. Risiko pembangkitan sinyal mode-umum: Jika desain sinyal diferensial tidak tepat, sinyal mode-umum dapat dihasilkan pada kabel sinyal. Sinyal mode-umum tidak hanya meningkatkan masalah EMI tetapi juga dapat memengaruhi kualitas transmisi sinyal diferensial.

Sinyal diferensial banyak digunakan dalam berbagai skenario yang membutuhkan transmisi sinyal berkualitas tinggi dan kemampuan anti-interferensi. Berikut adalah beberapa bidang aplikasi utama:

• Transmisi kabel: Misalnya, kabel umum seperti USB (Universal Serial Bus), HDMI (High-Definition Multimedia Interface), dan Ethernet (digunakan untuk kabel jaringan) semuanya menggunakan sinyal diferensial. Hal ini memungkinkan kualitas sinyal yang lebih baik dan kemampuan anti-interferensi yang lebih kuat.
• Peralatan audio: Sinyal diferensial banyak digunakan dalam transmisi sinyal untuk peralatan audio profesional, karena dapat mengurangi noise dan meningkatkan kualitas audio.
• Komunikasi data: Dalam komunikasi data berkecepatan tinggi (misalnya, di server dan perangkat jaringan), sinyal diferensial dapat memberikan laju transmisi data yang lebih tinggi sekaligus mengurangi tingkat kesalahan.
• Peralatan medis: Dalam beberapa perangkat medis yang membutuhkan presisi tinggi dan rasio sinyal-ke-noise yang tinggi—seperti elektrokardiograf (EKG) dan elektroensefalograf (EEG)—sinyal diferensial juga banyak digunakan.
• Sistem kontrol industri: Di lingkungan industri, di mana interferensi elektromagnetik kuat, sinyal diferensial sering digunakan untuk komunikasi antara sensor dan pengontrol untuk meningkatkan keandalan dan stabilitas sistem.

Ini adalah area aplikasi utama dari sinyal diferensial, tetapi tidak terbatas pada ini. Sinyal diferensial dapat digunakan dalam skenario apa pun yang membutuhkan transmisi sinyal berkualitas tinggi dan kemampuan anti-interferensi.

Sebagai kesimpulan, pensinyalan diferensial adalah metode transmisi sinyal yang sangat efektif. Ia memiliki kemampuan anti-interferensi yang kuat, dapat secara efektif menekan interferensi elektromagnetik, dan menawarkan penentuan waktu yang akurat. Meskipun memiliki batasan tertentu dalam pengkabelan, hal ini tidak memengaruhi penerapannya yang luas di banyak bidang.