Tilføj favorit Set Homepage
Position:Home >> Nyheder >> Electron

Produkter Kategori

Produkter Tags

Fmuser steder

Det grundlæggende: Single-Ended og differentiel signalering

Date:2022/1/6 18:58:09 Hits:


Først skal vi lære noget grundlæggende om, hvad single-ended signalering er, før vi kan gennemgå differentiel signalering og dens karakteristika.

Single-ended signalering

Single-ended signalering er en enkel og almindelig måde at sende et elektrisk signal fra en afsender til en modtager på. Det elektriske signal transmitteres af en spænding (ofte en varierende spænding), som refereres til et fast potentiale, normalt en 0 V-knude, der omtales som "jord".

En leder bærer signalet, og en leder bærer det fælles referencepotentiale. Den strøm, der er forbundet med signalet, går fra afsender til modtager og vender tilbage til strømforsyningen gennem jordforbindelsen. Hvis der transmitteres flere signaler, vil kredsløbet kræve en leder for hvert signal plus en delt jordforbindelse; således kan der for eksempel transmitteres 16 signaler ved hjælp af 17 ledere.

 

Single-ended topologi

Differentiel signalering

Differentiel signalering, som er mindre almindelig end single-ended signalering, anvender to komplementære spændingssignaler for at transmittere ét informationssignal. Så ét informationssignal kræver et par ledere; den ene bærer signalet, og den anden bærer det omvendte signal.

 

Single-ended vs. differential: Generisk timingdiagram

 

Modtageren udtrækker information ved at detektere potentialforskellen mellem de inverterede og ikke-inverterede signaler. De to spændingssignaler er "balancerede", hvilket betyder, at de har samme amplitude og modsat polaritet i forhold til en common-mode spænding. Returstrømmene forbundet med disse spændinger er også afbalancerede og udligner således hinanden; af denne grund kan vi sige, at differentielle signaler (ideelt set) har nulstrøm, der løber gennem jordforbindelsen.

Med differentiel signalering deler afsender og modtager ikke nødvendigvis en fælles jordreference. Brugen af ​​differentiel signalering betyder dog ikke, at forskelle i jordpotentiale mellem sender og modtager ikke har nogen indflydelse på kredsløbets funktion.

Hvis der transmitteres flere signaler, er der brug for to ledere for hvert signal, og det er ofte nødvendigt eller i det mindste fordelagtigt at inkludere en jordforbindelse, selv når alle signalerne er differentielle. Således vil for eksempel transmission af 16 signaler kræve 33 ledere (sammenlignet med 17 for enkelt-endede transmission). Dette viser en åbenlys ulempe ved differentiel signalering.

 

Differentiel signaleringstopologi

Fordele ved differentiel signalering

Der er dog vigtige fordele ved differentiel signalering, som mere end kan kompensere for det øgede lederantal.

Ingen returstrøm

Da vi (ideelt set) ingen returstrøm har, bliver jordreferencen mindre vigtig. Jordpotentialet kan endda være forskelligt ved afsender og modtager eller bevæge sig inden for et vist acceptabelt område. Du skal dog være forsigtig, fordi DC-koblet differentialsignalering (såsom USB, RS-485, CAN) generelt kræver et delt jordpotentiale for at sikre, at signalerne forbliver inden for grænsefladens maksimale og mindste tilladte common-mode spænding.

Modstand mod indgående EMI og krydstale

Hvis EMI (elektromagnetisk interferens) eller krydstale (dvs. EMI genereret af nærliggende signaler) indføres uden for differentiallederne, adderes det ligeligt til det inverterede og ikke-inverterede signal. Modtageren reagerer på forskellen i spænding mellem de to signaler og ikke på den single-ended (dvs. jord-reference) spænding, og dermed vil modtagerkredsløbet i høj grad reducere amplituden af ​​interferensen eller krydstalen.

Dette er grunden til, at differentielle signaler er mindre følsomme over for EMI, krydstale eller enhver anden støj, der kobles ind i begge signaler i differentialparret.

Reduktion af udgående EMI og krydstale

Hurtige overgange, såsom de stigende og faldende kanter af digitale signaler, kan generere betydelige mængder EMI. Både single-ended og differentialsignaler genererer EMI, men de to signaler i et differentielt par vil skabe elektromagnetiske felter, der (ideelt set) er lige store, men modsatte i polaritet. Dette, sammenholdt med teknikker, der opretholder tæt nærhed mellem de to ledere (såsom brug af parsnoet kabel), sikrer, at emissionerne fra de to ledere stort set udligner hinanden.

Drift med lavere spænding

Single-ended-signaler skal opretholde en relativt høj spænding for at sikre tilstrækkeligt signal-til-støj-forhold (SNR). Almindelige single-ended interfacespændinger er 3.3 V og 5 V. På grund af deres forbedrede modstand mod støj kan differentielle signaler bruge lavere spændinger og stadig opretholde tilstrækkelig SNR. SNR for differentiel signalering øges også automatisk med en faktor på to i forhold til en ækvivalent single-ended implementering, fordi det dynamiske område ved differentialmodtageren er dobbelt så højt som det dynamiske område for hvert signal inden for differentialparret.

Evnen til succesfuldt at overføre data ved hjælp af lavere signalspændinger kommer med et par vigtige fordele:

  • Lavere forsyningsspændinger kan anvendes.
  • Mindre spændingsovergange
    • reducere udstrålet EMI,
    • reducere strømforbruget, og
    • giver mulighed for højere driftsfrekvenser.

Høj eller lav tilstand og præcis timing

Har du nogensinde spekuleret på, hvordan vi præcist beslutter, om et signal er i en logisk høj eller logisk lav tilstand? I single-ended systemer skal vi overveje strømforsyningsspændingen, tærskelegenskaberne for modtagerkredsløbet, måske værdien af ​​en referencespænding. Og selvfølgelig er der variationer og tolerancer, som bringer yderligere usikkerhed ind i logik-høj-eller-logisk-lav-spørgsmålet.

I differentielle signaler er det mere ligetil at bestemme den logiske tilstand. Hvis det ikke-inverterede signals spænding er højere end det inverterede signals spænding, har du logik høj. Hvis den ikke-inverterede spænding er lavere end den inverterede spænding, har du logisk lav. Og overgangen mellem de to tilstande er det punkt, hvor de ikke-inverterede og inverterede signaler skærer hinanden – dvs. krydsningspunktet.

Dette er en af ​​grundene til, at det er vigtigt at matche længderne af ledninger eller spor, der bærer differentielle signaler: For maksimal timing-præcision, vil du have, at crossover-punktet svarer nøjagtigt til den logiske overgang, men når de to ledere i parret ikke er ens. længde, vil forskellen i udbredelsesforsinkelse få krydspunktet til at forskydes.

Applikationer

Der er i øjeblikket mange grænsefladestandarder, der anvender differentielle signaler. Disse omfatter følgende:

  • LVDS (Low-Voltage Differential Signaling)
  • CML (Current Mode Logic)
  • RS485
  • RS422
  • Ethernet
  • CAN
  • USB
  • Afbalanceret lyd af høj kvalitet

Det er klart, at de teoretiske fordele ved differentiel signalering er blevet bekræftet af praktisk brug i utallige applikationer i den virkelige verden.

Grundlæggende PCB-teknikker til routing af differentielle spor

Lad os endelig lære det grundlæggende om, hvordan differentielle spor dirigeres på PCB'er. Routing af differentielle signaler kan være lidt komplekst, men der er nogle grundlæggende regler, der gør processen mere ligetil.

Længde og længde matcher – hold det lige!

Differentielle signaler er (ideelt set) lige store og modsatte i polaritet. I det ideelle tilfælde vil der således ikke strømme nogen netto returstrøm gennem jorden. Dette fravær af returstrøm er en god ting, så vi ønsker at holde alt så ideelt som muligt, og det betyder, at vi har brug for lige længder for de to spor i et differentialpar.

Jo højere stige/fald-tid dit signal har (ikke at forveksle med frekvensen af ​​signalet), jo mere skal du sikre dig, at sporene har identisk længde. Dit layoutprogram kan indeholde en funktion, der hjælper dig med at finjustere længden af ​​spor for differentialpar. Hvis du har svært ved at opnå samme længde, kan du bruge "slynge"-teknikken.

 

Et eksempel på et bugtet spor

Bredde og afstand – hold det konstant!

Jo tættere differentiallederne er, jo bedre bliver koblingen af ​​signalerne. Genereret EMI vil annullere mere effektivt, og modtaget EMI vil koble mere ligeligt ind i begge signaler. Så prøv at bringe dem helt tæt på hinanden.

Du bør dirigere differential-parlederne så langt væk fra nabosignaler som muligt for at undgå interferens. Bredden af ​​og mellemrummet mellem dine spor bør vælges i henhold til målimpedansen og skal forblive konstant over hele længden af ​​sporene. Så hvis det er muligt, skal sporene forblive parallelle, når de bevæger sig rundt om printkortet.

Impedans – Minimer variationer!

En af de vigtigste ting at gøre, når man designer et PCB med differentielle signaler, er at finde ud af målimpedansen for din applikation og derefter lægge dine differentielle par i overensstemmelse hermed. Hold også impedansvariationerne så små som muligt.

Impedansen af ​​din differentiale linje afhænger af faktorer såsom bredden af ​​sporet, koblingen af ​​sporene, kobberets tykkelse og PCB'ens materiale og lagopbygning. Overvej hver af disse, mens du prøver at undgå alt, der ændrer impedansen af ​​dit differentialepar.

Du må ikke dirigere højhastighedssignaler over et mellemrum mellem kobberområder på et plant lag, da dette også påvirker din impedans. Prøv at undgå diskontinuiteter i jordplaner.

Layoutanbefalinger – Læs, analyser og overtænk dem!

Og sidst, men ikke mindst, er der en meget vigtig ting, du skal gøre, når du dirigerer differentielle spor: Hent databladet og/eller applikationsnoterne for den chip, der sender eller modtager differentialsignalet, læs layoutanbefalingerne igennem og analyser dem tæt på. På denne måde kan du implementere det bedst mulige layout inden for et bestemt designs begrænsninger.

Konklusion

Differentiel signalering giver os mulighed for at transmittere information med lavere spændinger, god SNR, forbedret immunitet over for støj og højere datahastigheder. På den anden side stiger ledertallet, og systemet vil have brug for specialiserede sendere og modtagere i stedet for standard digitale IC'er.

I dag er differentielle signaler en del af mange standarder, herunder LVDS, USB, CAN, RS-485 og Ethernet, og derfor burde vi alle være (i det mindste) bekendt med denne teknologi. Hvis du rent faktisk designer et printkort med differentielle signaler, så husk at konsultere relevante datablade og app-noter, og læs om nødvendigt denne artikel igen!

Læg en besked 

Navn *
E-mail *
Telefon
Adresse
Kode Se bekræftelseskoden? Klik genopfriske!
Besked
 

Message List

Kommentarer Loading ...
Home| Om os| Produkter| Nyheder| Hent| Support| Feedback| Kontakt os| Service

Kontakt: Zoey Zhang Web: www.fmuser.net

Whatsapp / WeChat: +86 183 1924 4009

Skype: tomleequan E-mail: [e-mail beskyttet] 

Facebook: FMUSERBROADCAST Youtube: FMUSER ZOEY

Adresse på engelsk: Room305, HuiLanGe, No.273 HuangPu Road West, TianHe District., GuangZhou, China, 510620 Adresse på kinesisk: 广州市天河区黄埔大道西道西273台惠广州市天河区黄埔大道西道道西305台惠允3)