การส่งสัญญาณเป็นเรื่องปกติมากในชีวิตประจำวันของเรา เช่น ในโทรศัพท์มือถือ โทรทัศน์ และอินเทอร์เน็ต

การส่งสัญญาณแบบ Single-ended เป็นการส่งสัญญาณประเภทหนึ่งที่เราใช้บ่อยที่สุด

สัญญาณแบบ Single-ended หมายถึงสัญญาณที่ส่งโดยใช้สายสัญญาณเพียงเส้นเดียว โดยจะส่งสัญญาณผ่านตัวนำเพียงตัวเดียว และใช้กันทั่วไปในสัญญาณเสียงและวิดีโอแบบ single-ended เช่น หูฟังเป็นอุปกรณ์ที่รับสัญญาณแบบ single-ended ในสัญญาณแบบ single-ended สัญญาณจะถูกเข้ารหัสและส่งโดยใช้แรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้าเทียบกับระดับอ้างอิงหรือกราวด์ ตัวอย่างเช่น แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าระดับกราวด์อาจแสดงถึงลอจิก "1" ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าระดับกราวด์อาจแสดงถึงลอจิก "0" นี่คือการส่งสัญญาณแบบ single-ended: ง่าย แต่ไวต่อการรบกวนสูง

สมมติว่าคุณกำลังโทรออกในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดัง เสียงรบกวนรอบข้างจะรบกวนการโทรของคุณ ทำให้ผู้ฟังปลายทางได้ยินคุณไม่ชัดเจน นี่คล้ายกับการส่งสัญญาณแบบ single-ended ที่มีแนวโน้มที่จะถูกรบกวน ยกเว้นว่าการรบกวนในการส่งสัญญาณคือการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) จะแก้ปัญหานี้ได้อย่างไร? คำตอบคือการใช้การส่งสัญญาณแบบ differential

การส่งสัญญาณแบบ Differential เป็นเทคโนโลยีการส่งสัญญาณที่มีลักษณะเฉพาะคือการส่งสัญญาณสองสัญญาณพร้อมกันผ่านสายไฟสองเส้น สัญญาณทั้งสองนี้มีแอมพลิจูดเท่ากันแต่มีเฟสตรงข้ามกัน และเป็นสัญญาณ differential แล้วข้อดีของวิธีนี้คืออะไร? โปรดดูแผนภาพด้านล่าง:

1. "ผู้ส่ง" (ปลายทาง) ใช้สายไฟสองเส้นเพื่อส่งสัญญาณเมื่อส่งสัญญาณผ่านสาย: สายล่างส่งสัญญาณต้นฉบับ ในขณะที่สายบนส่งสัญญาณกลับเฟส
2. ในระหว่างการส่งสัญญาณ สัญญาณรบกวน ("Noise") เกิดขึ้นและซ้อนทับตัวเองบนสัญญาณของทั้งสายบนและสายล่าง ดังที่เห็น สัญญาณในทั้งสองสายแสดงการเปลี่ยนแปลงแบบเดียวกัน
3. "ตัวรับ" (ปลายทาง) กำหนดว่าผู้ส่งส่งลอจิก 0 หรือลอจิก 1 โดยการเปรียบเทียบความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างสัญญาณทั้งสองนี้ (ในการสื่อสารแบบดิจิทัล ข้อมูลจะถูกแสดงและส่งในรูปแบบไบนารี กล่าวคือ โดยใช้ชุดค่าผสมของ 0 และ 1 เพื่อแสดงสัญลักษณ์หรือข้อมูลที่แตกต่างกัน)

• ความสามารถในการป้องกันการรบกวนที่แข็งแกร่ง: โดยทั่วไปแล้ว สัญญาณรบกวนจะถูกนำไปใช้เท่าๆ กันและพร้อมกันกับสายสัญญาณ differential สองเส้น แต่ตัวรับจะสนใจเฉพาะความแตกต่างของสัญญาณระหว่างสายทั้งสองนี้ ดังนั้น สัญญาณรบกวนจึงไม่มีผลกระทบต่อความหมายเชิงตรรกะของสัญญาณ ทำให้สามารถยกเลิกสัญญาณรบกวนได้อย่างสมบูรณ์

  การประยุกต์ใช้งานจริง: ในการส่งข้อมูลความเร็วสูง สัญญาณ differential สามารถลดการบิดเบือนสัญญาณที่เกิดจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้มั่นใจได้ถึงความถูกต้องและความสมบูรณ์ของข้อมูล

• การปราบปรามการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) อย่างมีประสิทธิภาพ: เนื่องจากสายสัญญาณ differential สองเส้นถูกวางใกล้กันและมีแอมพลิจูดสัญญาณเท่ากัน สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เชื่อมต่อระหว่างแต่ละสายและกราวด์จึงมีแอมพลิจูดเท่ากัน ในเวลาเดียวกัน ขั้วสัญญาณของพวกมันตรงข้ามกัน ดังนั้นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของพวกมันจึงยกเลิกกัน ดังนั้น สัญญาณ differential จึงก่อให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าน้อยลงต่อโลกภายนอก

  การประยุกต์ใช้งานจริง: สัญญาณ differential ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในระบบการสื่อสารและการประมวลผลสัญญาณ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์ที่จำเป็นต้องลดการแผ่รังสีและสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์และสาขาการบินและอวกาศ

• การวางตำแหน่งเวลาที่แม่นยำ: ตัวรับสัญญาณ differential ตัดสินการเปลี่ยนแปลงลอจิก 0/1 โดยพิจารณาจากจุดที่ความแตกต่างของแอมพลิจูดระหว่างสองสายเปลี่ยนจากบวกเป็นลบ (หรือในทางกลับกัน) วิธีนี้แม่นยำกว่าสัญญาณแบบ single-ended (ซึ่งอาศัยการตัดสินแรงดันเกณฑ์) เนื่องจากได้รับผลกระทบน้อยกว่าจากอัตราส่วนของแรงดันเกณฑ์ต่อแรงดันแอมพลิจูดสัญญาณ ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับสัญญาณที่มีแอมพลิจูดต่ำ

  การประยุกต์ใช้งานจริง: ในการส่งข้อมูลความเร็วสูงและการวัดความแม่นยำ การวางตำแหน่งเวลาที่แม่นยำของสัญญาณ differential ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการซิงโครไนซ์ข้อมูลและการประมวลผลที่แม่นยำ ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพและความเสถียรของระบบ

1. เมื่อเทียบกับสัญญาณแบบ single-ended สัญญาณ differential ต้องใช้สายสัญญาณสองเส้นเพื่อส่งข้อมูลเดียวกัน ซึ่งหมายความว่าเมื่อส่งข้อมูลในปริมาณเท่ากัน สัญญาณ differential จำเป็นต้องใช้สายสัญญาณมากกว่า ซึ่งจะเพิ่มจำนวนการเชื่อมต่อวงจรและความต้องการพื้นที่ PCB (แผงวงจรพิมพ์)
2. ร่องรอย Differential ต้องเป็นสายไฟสองเส้นที่มีความยาวเท่ากัน ความกว้างเท่ากัน อยู่ใกล้กัน และอยู่ในเลเยอร์เดียวกัน
3. ความเสี่ยงในการสร้างสัญญาณโหมดทั่วไป: หากการออกแบบสัญญาณ differential ไม่ถูกต้อง สัญญาณโหมดทั่วไปอาจถูกสร้างขึ้นบนสายสัญญาณ สัญญาณโหมดทั่วไปไม่เพียงแต่เพิ่มปัญหา EMI เท่านั้น แต่ยังอาจส่งผลกระทบต่อคุณภาพการส่งสัญญาณของสัญญาณ differential อีกด้วย

สัญญาณ Differential ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในสถานการณ์ต่างๆ ที่ต้องการการส่งสัญญาณคุณภาพสูงและความสามารถในการป้องกันการรบกวน ต่อไปนี้คือสาขาการใช้งานหลักบางส่วน:

• การส่งผ่านสายเคเบิล: ตัวอย่างเช่น สายเคเบิลทั่วไป เช่น USB (Universal Serial Bus), HDMI (High-Definition Multimedia Interface) และ Ethernet (ใช้สำหรับสายเคเบิลเครือข่าย) ล้วนใช้สัญญาณ differential ซึ่งช่วยให้ได้คุณภาพสัญญาณที่ดีขึ้นและความสามารถในการป้องกันการรบกวนที่แข็งแกร่งขึ้น
• อุปกรณ์เสียง: สัญญาณ Differential ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการส่งสัญญาณสำหรับอุปกรณ์เสียงระดับมืออาชีพ เนื่องจากสามารถลดสัญญาณรบกวนและปรับปรุงคุณภาพเสียงได้
• การสื่อสารข้อมูล: ในการสื่อสารข้อมูลความเร็วสูง (เช่น ในเซิร์ฟเวอร์และอุปกรณ์เครือข่าย) สัญญาณ differential สามารถให้อัตราการส่งข้อมูลที่สูงขึ้นในขณะที่ลดอัตราข้อผิดพลาด
• อุปกรณ์ทางการแพทย์: ในอุปกรณ์ทางการแพทย์บางชนิดที่ต้องการความแม่นยำสูงและอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนสูง เช่น เครื่องวัดคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (ECG) และเครื่องวัดคลื่นไฟฟ้าสมอง (EEG) สัญญาณ differential ก็ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายเช่นกัน
• ระบบควบคุมอุตสาหกรรม: ในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม ซึ่งมีการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่รุนแรง สัญญาณ differential มักใช้สำหรับการสื่อสารระหว่างเซ็นเซอร์และตัวควบคุมเพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือและความเสถียรของระบบ

นี่คือพื้นที่การใช้งานหลักของสัญญาณ differential แต่ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงเท่านี้ สัญญาณ Differential สามารถใช้ได้ในสถานการณ์ใดๆ ที่ต้องการการส่งสัญญาณคุณภาพสูงและความสามารถในการป้องกันการรบกวน

โดยสรุป การส่งสัญญาณแบบ Differential เป็นวิธีการส่งสัญญาณที่มีประสิทธิภาพสูง มีความสามารถในการป้องกันการรบกวนที่แข็งแกร่ง สามารถปราบปรามการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ และให้การวางตำแหน่งเวลาที่แม่นยำ แม้ว่าจะมีข้อจำกัดบางประการในการเดินสาย แต่นี่ไม่ได้ส่งผลกระทบต่อการใช้งานอย่างแพร่หลายในหลายสาขา