Sinyal iletimi, cep telefonları, televizyonlar ve internet gibi günlük hayatımızda çok yaygındır.

Tek uçlu sinyal iletimi, çoğu zaman kullandığımız bir sinyal iletim türüdür.

Tek uçlu bir sinyal, yalnızca bir sinyal hattı kullanılarak iletilen bir sinyali ifade eder. Sinyali tek bir iletken üzerinden gönderir ve en yaygın olarak tek uçlu ses ve video sinyallerinde kullanılır; örneğin, kulaklıklar tek uçlu sinyalleri alan cihazlardır. Tek uçlu bir sinyalde, sinyal, bir referans seviyesine veya toprağa göre voltaj veya akım kullanılarak kodlanır ve iletilir. Örneğin, toprak seviyesinden daha yüksek bir voltaj mantıksal "1"i temsil edebilirken, toprak seviyesinden daha düşük bir voltaj mantıksal "0"ı temsil edebilir. Bu, tek uçlu sinyal iletimidir: basit, ancak parazite karşı oldukça duyarlıdır.

Gürültülü bir ortamda telefon görüşmesi yaptığınızı varsayalım. Çevredeki gürültü görüşmenizi etkileyecek ve karşı tarafın sizi net duymasını zorlaştıracaktır. Bu, tek uçlu sinyal iletiminin parazite ne kadar yatkın olduğuna benzer, ancak sinyal iletimindeki parazit elektromanyetik parazittir (EMI). Bu sorun nasıl çözülür? Cevap, diferansiyel sinyal iletimi kullanmaktır.

Diferansiyel sinyalleme, iki sinyali aynı anda iki tel üzerinden iletmekle karakterize edilen bir sinyal iletim teknolojisidir. Bu iki sinyal aynı genliğe ancak zıt fazlara sahiptir ve bunlar diferansiyel sinyallerdir. Peki, bu yaklaşımın faydaları nelerdir? Lütfen aşağıdaki diyagrama bakın:

1. "Gönderici" (iletim ucu), sinyalleri hat üzerinden gönderirken iki tel kullanır: alt tel orijinal sinyali iletirken, üst tel ters çevrilmiş sinyali iletir.
2. İletim sırasında, bir gürültü sinyali ("Gürültü") oluşur ve hem üst hem de alt tellerin sinyallerine eklenir. Görüldüğü gibi, her iki teldeki sinyaller aynı dalgalanmayı gösterir.
3. "Alıcı" (alma ucu), bu iki sinyal arasındaki voltaj farkını karşılaştırarak göndericinin mantıksal 0 mı yoksa mantıksal 1 mi ilettiğini belirler. (Dijital iletişimde, bilgiler ikili biçimde, yani farklı sembolleri veya verileri temsil etmek için 0'lar ve 1'lerin kombinasyonları kullanılarak temsil edilir ve iletilir.)

• Güçlü parazit önleme yeteneği: Parazit gürültüsü genellikle iki diferansiyel sinyal teline eşit ve eş zamanlı olarak uygulanır, ancak alıcı yalnızca bu iki tel arasındaki sinyal farkıyla ilgilenir. Bu nedenle, gürültünün sinyalin mantıksal anlamı üzerinde hiçbir etkisi yoktur ve tam gürültü iptali sağlanır.

  Pratik uygulama: Yüksek hızlı veri iletiminde, diferansiyel sinyaller, harici elektromanyetik parazitin neden olduğu sinyal bozulmasını etkili bir şekilde azaltarak veri doğruluğunu ve bütünlüğünü sağlar.

• Elektromanyetik parazitin (EMI) etkili bir şekilde bastırılması: İki diferansiyel sinyal teli birbirine yakın yerleştirildiğinden ve eşit sinyal genliklerine sahip olduğundan, her tel ile toprak arasındaki birleşik elektromanyetik alanlar da eşit genliklere sahiptir. Aynı zamanda, sinyal polariteleri zıttır, bu nedenle elektromanyetik alanları birbirini iptal eder. Böylece, diferansiyel sinyaller dış dünyaya daha az elektromanyetik parazit neden olur.

  Pratik uygulama: Diferansiyel sinyaller, özellikle elektromanyetik radyasyon ve parazitin azaltılması gereken senaryolarda (örneğin, otomotiv elektroniği ve havacılık alanlarında) iletişim ve sinyal işleme sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

• Doğru zamanlama konumlandırması: Diferansiyel sinyallerin alıcısı, iki tel arasındaki genlik farkının pozitiften negatife (veya tersi) değiştiği noktaya göre mantıksal 0/1 geçişine karar verir. Bu yöntem, eşik voltajının sinyal genlik voltajına oranından daha az etkilendiği için (eşik voltajı yargısına dayanan) tek uçlu sinyallerden daha doğrudur. Bu nedenle, düşük genlikli sinyaller için daha uygundur.

  Pratik uygulama: Yüksek hızlı veri iletiminde ve hassas ölçümde, diferansiyel sinyallerin doğru zamanlama konumlandırması, veri senkronizasyonunu ve doğru işlemeyi sağlayarak sistem performansını ve kararlılığını artırır.

1. Tek uçlu sinyallerle karşılaştırıldığında, diferansiyel sinyaller aynı bilgiyi iletmek için iki sinyal teli gerektirir. Bu, aynı miktarda veri iletirken, diferansiyel sinyallerin daha fazla sinyal teline ihtiyaç duyduğu, devre bağlantılarının sayısını ve PCB (Baskılı Devre Kartı) alanı talebini artırdığı anlamına gelir.
2. Diferansiyel izler, eşit uzunlukta, eşit genişlikte, yakın ve aynı katmanda bulunan iki tel olmalıdır.
3. Ortak mod sinyali oluşturma riski: Diferansiyel sinyal tasarımı uygun değilse, sinyal telleri üzerinde ortak mod sinyalleri oluşturulabilir. Ortak mod sinyalleri yalnızca EMI sorunlarını artırmakla kalmaz, aynı zamanda diferansiyel sinyallerin iletim kalitesini de etkileyebilir.

Diferansiyel sinyaller, yüksek kaliteli sinyal iletimi ve parazit önleme yetenekleri gerektiren çeşitli senaryolarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Aşağıdakiler bazı ana uygulama alanlarıdır:

• Kablo iletimi: Örneğin, USB (Evrensel Seri Veri Yolu), HDMI (Yüksek Çözünürlüklü Multimedya Arayüzü) ve Ethernet (ağ kabloları için kullanılır) gibi yaygın kabloların tümü diferansiyel sinyaller kullanır. Bu, daha iyi sinyal kalitesi ve daha güçlü parazit önleme yetenekleri sağlar.
• Ses ekipmanı: Diferansiyel sinyaller, gürültüyü azaltabildikleri ve ses kalitesini artırabildikleri için profesyonel ses ekipmanları için sinyal iletiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.
• Veri iletişimi: Yüksek hızlı veri iletişiminde (örneğin, sunucularda ve ağ cihazlarında), diferansiyel sinyaller daha yüksek veri iletim hızları sağlayabilirken hata oranlarını azaltır.
• Tıbbi ekipman: Elektrokardiyograflar (EKG'ler) ve elektroensefalograflar (EEG'ler) gibi yüksek hassasiyet ve yüksek sinyal-gürültü oranına ihtiyaç duyan bazı tıbbi cihazlarda diferansiyel sinyaller de yaygın olarak kullanılmaktadır.
• Endüstriyel kontrol sistemleri: Elektromanyetik parazitin güçlü olduğu endüstriyel ortamlarda, sistem güvenilirliğini ve kararlılığını artırmak için sensörler ve kontrolörler arasındaki iletişim için genellikle diferansiyel sinyaller kullanılır.

Bunlar, diferansiyel sinyallerin ana uygulama alanlarıdır, ancak bunlarla sınırlı değildir. Diferansiyel sinyaller, yüksek kaliteli sinyal iletimi ve parazit önleme yetenekleri gerektiren herhangi bir senaryoda kullanılabilir.

Özetle, diferansiyel sinyalleme, son derece etkili bir sinyal iletim yöntemidir. Güçlü parazit önleme yeteneklerine sahiptir, elektromanyetik paraziti etkili bir şekilde bastırabilir ve doğru zamanlama konumlandırması sunar. Kablolamada belirli sınırlamaları olmasına rağmen, bu, birçok alandaki geniş uygulamasını etkilemez.