A transmissão de sinais é muito comum em nosso dia a dia, como em telefones celulares, televisores e na internet.

A transmissão de sinal de extremidade única é um tipo de transmissão de sinal que usamos na maioria das vezes.

Um sinal de extremidade única refere-se a um sinal transmitido usando apenas uma linha de sinal. Ele envia o sinal através de um único condutor e é mais comumente usado em sinais de áudio e vídeo de extremidade única - por exemplo, fones de ouvido são dispositivos que recebem sinais de extremidade única. Em um sinal de extremidade única, o sinal é codificado e transmitido usando tensão ou corrente em relação a um nível de referência ou terra. Por exemplo, uma tensão mais alta que o nível do terra pode representar a lógica "1", enquanto uma tensão mais baixa que o nível do terra pode representar a lógica "0". Esta é a transmissão de sinal de extremidade única: simples, mas altamente suscetível a interferências.

Suponha que você esteja fazendo uma ligação em um ambiente ruidoso. O ruído ambiente interferirá em sua ligação, dificultando que a outra pessoa o ouça claramente. Isso é semelhante a como a transmissão de sinal de extremidade única é propensa a interferências, exceto que a interferência na transmissão de sinal é a interferência eletromagnética (EMI). Como resolver esse problema? A resposta é usar a transmissão de sinal diferencial.

A sinalização diferencial é uma tecnologia de transmissão de sinal caracterizada pela transmissão de dois sinais simultaneamente por dois fios. Esses dois sinais têm a mesma amplitude, mas fases opostas - e são os sinais diferenciais. Então, quais são os benefícios dessa abordagem? Consulte o diagrama abaixo:

1. O "Remetente" (extremidade transmissora) usa dois fios para transmitir sinais ao enviar sinais pela linha: o fio inferior transmite o sinal original, enquanto o fio superior transmite o sinal invertido.
2. Durante a transmissão, um sinal de ruído ("Ruído") ocorre e se sobrepõe aos sinais dos fios superior e inferior. Como pode ser visto, os sinais em ambos os fios exibem a mesma flutuação.
3. O "Receptor" (extremidade receptora) determina se o remetente transmitiu a lógica 0 ou a lógica 1 comparando a diferença de tensão entre esses dois sinais. (Na comunicação digital, a informação é representada e transmitida em forma binária, ou seja, usando combinações de 0s e 1s para representar diferentes símbolos ou dados.)

• Forte capacidade anti-interferência: O ruído de interferência é geralmente aplicado de forma igual e simultânea aos dois fios de sinal diferencial, mas o receptor se preocupa apenas com a diferença de sinal entre esses dois fios. Portanto, o ruído não tem impacto no significado lógico do sinal, alcançando o cancelamento completo do ruído.

  Aplicação prática: Na transmissão de dados de alta velocidade, os sinais diferenciais podem reduzir efetivamente a distorção do sinal causada por interferência eletromagnética externa, garantindo a precisão e integridade dos dados.

• Supressão efetiva da interferência eletromagnética (EMI): Como os dois fios de sinal diferencial são colocados próximos um do outro e têm amplitudes de sinal iguais, os campos eletromagnéticos acoplados entre cada fio e o terra também têm amplitudes iguais. Ao mesmo tempo, suas polaridades de sinal são opostas, portanto, seus campos eletromagnéticos se cancelam. Assim, os sinais diferenciais causam menos interferência eletromagnética ao mundo exterior.

  Aplicação prática: Os sinais diferenciais são amplamente utilizados em sistemas de comunicação e processamento de sinais, especialmente em cenários onde a radiação eletromagnética e a interferência precisam ser reduzidas - como em eletrônicos automotivos e campos aeroespaciais.

• Posicionamento preciso do tempo: O receptor de sinais diferenciais julga a transição lógica 0/1 com base no ponto onde a diferença de amplitude entre os dois fios muda de positivo para negativo (ou vice-versa). Este método é mais preciso do que os sinais de extremidade única (que dependem do julgamento da tensão de limiar), pois é menos afetado pela razão da tensão de limiar para a tensão de amplitude do sinal. Portanto, é mais adequado para sinais de baixa amplitude.

  Aplicação prática: Na transmissão de dados de alta velocidade e medição de precisão, o posicionamento preciso do tempo dos sinais diferenciais garante a sincronização de dados e o processamento preciso, melhorando o desempenho e a estabilidade do sistema.

1. Em comparação com os sinais de extremidade única, os sinais diferenciais exigem dois fios de sinal para transmitir a mesma informação. Isso significa que, ao transmitir a mesma quantidade de dados, os sinais diferenciais precisam de mais fios de sinal, aumentando o número de conexões de circuito e a demanda por área de PCB (Placa de Circuito Impresso).
2. Os traços diferenciais devem ser dois fios com comprimento igual, largura igual, proximidade e localizados na mesma camada.
3. Risco de geração de sinal de modo comum: Se o projeto do sinal diferencial for inadequado, sinais de modo comum podem ser gerados nos fios de sinal. Os sinais de modo comum não apenas aumentam os problemas de EMI, mas também podem afetar a qualidade da transmissão dos sinais diferenciais.

Os sinais diferenciais são amplamente utilizados em vários cenários que exigem transmissão de sinal de alta qualidade e capacidades anti-interferência. Os seguintes são alguns dos principais campos de aplicação:

• Transmissão por cabo: Por exemplo, cabos comuns como USB (Universal Serial Bus), HDMI (High-Definition Multimedia Interface) e Ethernet (usado para cabos de rede) usam sinais diferenciais. Isso permite melhor qualidade de sinal e capacidades anti-interferência mais fortes.
• Equipamentos de áudio: Os sinais diferenciais são amplamente utilizados na transmissão de sinais para equipamentos de áudio profissionais, pois podem reduzir o ruído e melhorar a qualidade do áudio.
• Comunicação de dados: Na comunicação de dados de alta velocidade (por exemplo, em servidores e dispositivos de rede), os sinais diferenciais podem fornecer taxas de transmissão de dados mais altas, reduzindo as taxas de erro.
• Equipamentos médicos: Em alguns dispositivos médicos que exigem alta precisão e alta relação sinal-ruído - como eletrocardiogramas (ECGs) e eletroencefalogramas (EEGs) - os sinais diferenciais também são amplamente utilizados.
• Sistemas de controle industrial: Em ambientes industriais, onde a interferência eletromagnética é forte, os sinais diferenciais são frequentemente usados para comunicação entre sensores e controladores para melhorar a confiabilidade e estabilidade do sistema.

Estas são as principais áreas de aplicação dos sinais diferenciais, mas não se limitam a elas. Os sinais diferenciais podem ser usados em qualquer cenário que exija transmissão de sinal de alta qualidade e capacidades anti-interferência.

Em resumo, a sinalização diferencial é um método de transmissão de sinal altamente eficaz. Possui fortes capacidades anti-interferência, pode suprimir efetivamente a interferência eletromagnética e oferece posicionamento preciso do tempo. Embora tenha certas limitações na fiação, isso não afeta sua ampla aplicação em muitos campos.