La transmisión de señales es muy común en nuestra vida diaria, como en teléfonos móviles, televisores e Internet.

La transmisión de señal de un solo extremo es un tipo de transmisión de señal que usamos la mayor parte del tiempo.

Una señal de un solo extremo se refiere a una señal transmitida utilizando solo una línea de señal. Envía la señal a través de un solo conductor y se usa comúnmente en señales de audio y video de un solo extremo; por ejemplo, los auriculares son dispositivos que reciben señales de un solo extremo. En una señal de un solo extremo, la señal se codifica y transmite utilizando voltaje o corriente en relación con un nivel de referencia o tierra. Por ejemplo, un voltaje más alto que el nivel de tierra puede representar la lógica "1", mientras que un voltaje más bajo que el nivel de tierra puede representar la lógica "0". Esta es la transmisión de señal de un solo extremo: simple, pero muy susceptible a interferencias.

Supongamos que estás haciendo una llamada en un entorno ruidoso. El ruido ambiental interferirá con tu llamada, lo que dificultará que la otra persona te escuche con claridad. Esto es similar a cómo la transmisión de señal de un solo extremo es propensa a interferencias, excepto que la interferencia en la transmisión de señal es la interferencia electromagnética (EMI). ¿Cómo resolver este problema? La respuesta es usar la transmisión de señal diferencial.

La señalización diferencial es una tecnología de transmisión de señal que se caracteriza por transmitir dos señales simultáneamente a través de dos cables. Estas dos señales tienen la misma amplitud pero fases opuestas, y son las señales diferenciales. Entonces, ¿cuáles son los beneficios de este enfoque? Consulta el diagrama a continuación:

1. El "Emisor" (extremo de transmisión) utiliza dos cables para transmitir señales al enviar señales a través de la línea: el cable inferior transmite la señal original, mientras que el cable superior transmite la señal invertida.
2. Durante la transmisión, se produce una señal de ruido ("Ruido") y se superpone a las señales de ambos cables superior e inferior. Como se puede ver, las señales en ambos cables exhiben la misma fluctuación.
3. El "Receptor" (extremo receptor) determina si el emisor transmitió la lógica 0 o la lógica 1 comparando la diferencia de voltaje entre estas dos señales. (En la comunicación digital, la información se representa y transmite en forma binaria, es decir, utilizando combinaciones de 0 y 1 para representar diferentes símbolos o datos.)

• Fuerte capacidad anti-interferencia: El ruido de interferencia generalmente se aplica de manera igual y simultánea a los dos cables de señal diferencial, pero el receptor solo se preocupa por la diferencia de señal entre estos dos cables. Por lo tanto, el ruido no tiene impacto en el significado lógico de la señal, logrando una cancelación completa del ruido.

  Aplicación práctica: En la transmisión de datos de alta velocidad, las señales diferenciales pueden reducir eficazmente la distorsión de la señal causada por la interferencia electromagnética externa, garantizando la precisión e integridad de los datos.

• Supresión efectiva de la interferencia electromagnética (EMI): Dado que los dos cables de señal diferencial se colocan cerca uno del otro y tienen amplitudes de señal iguales, los campos electromagnéticos acoplados entre cada cable y la tierra también tienen amplitudes iguales. Al mismo tiempo, sus polaridades de señal son opuestas, por lo que sus campos electromagnéticos se cancelan entre sí. Por lo tanto, las señales diferenciales causan menos interferencia electromagnética al mundo exterior.

  Aplicación práctica: Las señales diferenciales se utilizan ampliamente en sistemas de comunicación y procesamiento de señales, especialmente en escenarios donde se necesita reducir la radiación e interferencia electromagnética, como en la electrónica automotriz y los campos aeroespaciales.

• Posicionamiento de tiempo preciso: El receptor de señales diferenciales juzga la transición lógica 0/1 en función del punto donde la diferencia de amplitud entre los dos cables cambia de positivo a negativo (o viceversa). Este método es más preciso que las señales de un solo extremo (que dependen del juicio del voltaje umbral), ya que se ve menos afectado por la relación del voltaje umbral al voltaje de amplitud de la señal. Por lo tanto, es más adecuado para señales de baja amplitud.

  Aplicación práctica: En la transmisión de datos de alta velocidad y la medición de precisión, el posicionamiento de tiempo preciso de las señales diferenciales garantiza la sincronización de datos y el procesamiento preciso, mejorando el rendimiento y la estabilidad del sistema.

1. En comparación con las señales de un solo extremo, las señales diferenciales requieren dos cables de señal para transmitir la misma información. Esto significa que al transmitir la misma cantidad de datos, las señales diferenciales necesitan más cables de señal, lo que aumenta el número de conexiones de circuito y la demanda de área de PCB (Placa de Circuito Impreso).
2. Las trazas diferenciales deben ser dos cables con la misma longitud, el mismo ancho, proximidad cercana y ubicados en la misma capa.
3. Riesgo de generación de señal de modo común: Si el diseño de la señal diferencial es incorrecto, se pueden generar señales de modo común en los cables de señal. Las señales de modo común no solo aumentan los problemas de EMI, sino que también pueden afectar la calidad de transmisión de las señales diferenciales.

Las señales diferenciales se utilizan ampliamente en varios escenarios que requieren transmisión de señal de alta calidad y capacidades anti-interferencia. Los siguientes son algunos campos de aplicación principales:

• Transmisión por cable: Por ejemplo, los cables comunes como USB (Bus Serie Universal), HDMI (Interfaz Multimedia de Alta Definición) y Ethernet (utilizado para cables de red) utilizan señales diferenciales. Esto permite una mejor calidad de señal y capacidades anti-interferencia más fuertes.
• Equipos de audio: Las señales diferenciales se utilizan ampliamente en la transmisión de señales para equipos de audio profesionales, ya que pueden reducir el ruido y mejorar la calidad del audio.
• Comunicación de datos: En la comunicación de datos de alta velocidad (por ejemplo, en servidores y dispositivos de red), las señales diferenciales pueden proporcionar mayores velocidades de transmisión de datos al tiempo que reducen las tasas de error.
• Equipos médicos: En algunos dispositivos médicos que requieren alta precisión y una alta relación señal-ruido, como los electrocardiógrafos (ECG) y los electroencefalógrafos (EEG), las señales diferenciales también se utilizan ampliamente.
• Sistemas de control industrial: En entornos industriales, donde la interferencia electromagnética es fuerte, las señales diferenciales se utilizan a menudo para la comunicación entre sensores y controladores para mejorar la fiabilidad y estabilidad del sistema.

Estas son las principales áreas de aplicación de las señales diferenciales, pero no se limitan a estas. Las señales diferenciales se pueden utilizar en cualquier escenario que requiera transmisión de señal de alta calidad y capacidades anti-interferencia.

En resumen, la señalización diferencial es un método de transmisión de señal muy eficaz. Tiene fuertes capacidades anti-interferencia, puede suprimir eficazmente la interferencia electromagnética y ofrece un posicionamiento de tiempo preciso. Aunque tiene ciertas limitaciones en el cableado, esto no afecta su amplia aplicación en muchos campos.