انتقال سیگنال در زندگی روزمره ما بسیار رایج است، مانند تلفن های همراه، تلویزیون ها و اینترنت.

انتقال سیگنال تک سر یک نوع انتقال سیگنال است که ما بیشتر اوقات از آن استفاده می کنیم.

یک سیگنال تک سر به سیگنالی اشاره دارد که فقط با استفاده از یک خط سیگنال منتقل می شود. این سیگنال را از طریق یک هادی واحد ارسال می کند و معمولاً در سیگنال های صوتی و تصویری تک سر استفاده می شود - به عنوان مثال، هدفون ها دستگاه هایی هستند که سیگنال های تک سر را دریافت می کنند. در یک سیگنال تک سر، سیگنال با استفاده از ولتاژ یا جریان نسبت به یک سطح مرجع یا زمین رمزگذاری و منتقل می شود. به عنوان مثال، ولتاژی بالاتر از سطح زمین ممکن است نشان دهنده منطق "1" باشد، در حالی که ولتاژی کمتر از سطح زمین ممکن است نشان دهنده منطق "0" باشد. این انتقال سیگنال تک سر است: ساده، اما بسیار مستعد تداخل.

فرض کنید در یک محیط پر سر و صدا در حال برقراری تماس هستید. سر و صدای اطراف با تماس شما تداخل ایجاد می کند و شنیدن صدای شما را برای طرف مقابل دشوار می کند. این شبیه به این است که انتقال سیگنال تک سر مستعد تداخل است، با این تفاوت که تداخل در انتقال سیگنال، تداخل الکترومغناطیسی (EMI) است. چگونه این مشکل را حل کنیم؟ پاسخ استفاده از انتقال سیگنال تفاضلی است.

سیگنالینگ تفاضلی یک فناوری انتقال سیگنال است که با انتقال همزمان دو سیگنال از طریق دو سیم مشخص می شود. این دو سیگنال دارای دامنه یکسان اما فازهای مخالف هستند - و آنها سیگنال های تفاضلی هستند. بنابراین، مزایای این رویکرد چیست؟ لطفاً به نمودار زیر مراجعه کنید:

1. "فرستنده" (پایانه انتقال) هنگام ارسال سیگنال ها از طریق خط، از دو سیم برای انتقال سیگنال ها استفاده می کند: سیم پایینی سیگنال اصلی را منتقل می کند، در حالی که سیم بالایی سیگنال معکوس را منتقل می کند.
2. در حین انتقال، یک سیگنال نویز ("نویز") رخ می دهد و خود را بر روی سیگنال های هر دو سیم بالایی و پایینی تحمیل می کند. همانطور که مشاهده می شود، سیگنال ها در هر دو سیم نوسان یکسانی را نشان می دهند.
3. "گیرنده" (پایانه دریافت) با مقایسه اختلاف ولتاژ بین این دو سیگنال، تعیین می کند که آیا فرستنده منطق 0 یا منطق 1 را منتقل کرده است. (در ارتباطات دیجیتال، اطلاعات به صورت باینری نمایش داده و منتقل می شوند، یعنی با استفاده از ترکیبی از 0 و 1 برای نشان دادن نمادها یا داده های مختلف.)

• قابلیت ضد تداخل قوی: نویز تداخل به طور کلی به طور مساوی و همزمان به دو سیم سیگنال تفاضلی اعمال می شود، اما گیرنده فقط به تفاوت سیگنال بین این دو سیم اهمیت می دهد. بنابراین، نویز هیچ تاثیری بر معنای منطقی سیگنال ندارد و به حذف کامل نویز دست می یابد.

  کاربرد عملی: در انتقال داده با سرعت بالا، سیگنال های تفاضلی می توانند به طور موثر اعوجاج سیگنال ناشی از تداخل الکترومغناطیسی خارجی را کاهش دهند و از دقت و یکپارچگی داده ها اطمینان حاصل کنند.

• سرکوب موثر تداخل الکترومغناطیسی (EMI): از آنجایی که دو سیم سیگنال تفاضلی در کنار هم قرار می گیرند و دامنه سیگنال یکسانی دارند، میدان های الکترومغناطیسی جفت شده بین هر سیم و زمین نیز دامنه یکسانی دارند. در عین حال، قطبیت سیگنال آنها مخالف است، بنابراین میدان های الکترومغناطیسی آنها یکدیگر را خنثی می کنند. بنابراین، سیگنال های تفاضلی تداخل الکترومغناطیسی کمتری را برای دنیای بیرون ایجاد می کنند.

  کاربرد عملی: سیگنال های تفاضلی به طور گسترده در سیستم های ارتباطی و پردازش سیگنال، به ویژه در سناریوهایی که نیاز به کاهش تشعشعات و تداخل الکترومغناطیسی دارند - مانند الکترونیک خودرو و زمینه های هوافضا - استفاده می شوند.

• موقعیت یابی دقیق زمان بندی: گیرنده سیگنال های تفاضلی، انتقال منطق 0/1 را بر اساس نقطه ای که اختلاف دامنه بین دو سیم از مثبت به منفی (یا بالعکس) تغییر می کند، قضاوت می کند. این روش دقیق تر از سیگنال های تک سر (که به قضاوت ولتاژ آستانه متکی هستند) است، زیرا کمتر تحت تأثیر نسبت ولتاژ آستانه به ولتاژ دامنه سیگنال قرار می گیرد. بنابراین برای سیگنال های با دامنه کم مناسب تر است.

  کاربرد عملی: در انتقال داده با سرعت بالا و اندازه گیری دقیق، موقعیت یابی دقیق زمان بندی سیگنال های تفاضلی، همگام سازی داده ها و پردازش دقیق را تضمین می کند و عملکرد و پایداری سیستم را بهبود می بخشد.

1. در مقایسه با سیگنال های تک سر، سیگنال های تفاضلی برای انتقال اطلاعات یکسان به دو سیم سیگنال نیاز دارند. این بدان معناست که هنگام انتقال مقدار یکسانی از داده ها، سیگنال های تفاضلی به سیم های سیگنال بیشتری نیاز دارند و تعداد اتصالات مدار و تقاضا برای ناحیه PCB (برد مدار چاپی) را افزایش می دهند.
2. ردیابی های تفاضلی باید دو سیم با طول مساوی، عرض مساوی، مجاورت نزدیک و واقع در یک لایه باشند.
3. خطر تولید سیگنال حالت مشترک: اگر طراحی سیگنال تفاضلی نامناسب باشد، سیگنال های حالت مشترک ممکن است روی سیم های سیگنال تولید شوند. سیگنال های حالت مشترک نه تنها مسائل EMI را افزایش می دهند، بلکه ممکن است بر کیفیت انتقال سیگنال های تفاضلی نیز تأثیر بگذارند.

سیگنال های تفاضلی به طور گسترده در سناریوهای مختلفی استفاده می شوند که به انتقال سیگنال با کیفیت بالا و قابلیت های ضد تداخل نیاز دارند. در زیر برخی از زمینه های اصلی کاربرد آمده است:

• انتقال کابل: به عنوان مثال، کابل های رایج مانند USB (باس سریال جهانی)، HDMI (رابط چندرسانه ای با کیفیت بالا) و اترنت (که برای کابل های شبکه استفاده می شود) همگی از سیگنال های تفاضلی استفاده می کنند. این امر کیفیت سیگنال بهتر و قابلیت های ضد تداخل قوی تری را امکان پذیر می کند.
• تجهیزات صوتی: سیگنال های تفاضلی به طور گسترده در انتقال سیگنال برای تجهیزات صوتی حرفه ای استفاده می شوند، زیرا می توانند نویز را کاهش داده و کیفیت صدا را بهبود بخشند.
• ارتباطات داده: در ارتباطات داده با سرعت بالا (به عنوان مثال، در سرورها و دستگاه های شبکه)، سیگنال های تفاضلی می توانند نرخ انتقال داده بالاتری را ارائه دهند و در عین حال نرخ خطا را کاهش دهند.
• تجهیزات پزشکی: در برخی از دستگاه های پزشکی که به دقت بالا و نسبت سیگنال به نویز بالا نیاز دارند - مانند الکتروکاردیوگراف (ECG) و الکتروانسفالوگراف (EEG) - سیگنال های تفاضلی نیز به طور گسترده استفاده می شوند.
• سیستم های کنترل صنعتی: در محیط های صنعتی، جایی که تداخل الکترومغناطیسی قوی است، سیگنال های تفاضلی اغلب برای ارتباط بین حسگرها و کنترلرها برای بهبود قابلیت اطمینان و پایداری سیستم استفاده می شوند.

اینها مناطق اصلی کاربرد سیگنال های تفاضلی هستند، اما به این موارد محدود نمی شوند. سیگنال های تفاضلی را می توان در هر سناریویی که به انتقال سیگنال با کیفیت بالا و قابلیت های ضد تداخل نیاز دارد، استفاده کرد.

به طور خلاصه، سیگنالینگ تفاضلی یک روش انتقال سیگنال بسیار موثر است. دارای قابلیت های ضد تداخل قوی است، می تواند به طور موثر تداخل الکترومغناطیسی را سرکوب کند و موقعیت یابی دقیق زمان بندی را ارائه می دهد. اگرچه محدودیت هایی در سیم کشی دارد، اما این امر بر کاربرد گسترده آن در بسیاری از زمینه ها تأثیری نمی گذارد.