سیگنال‌دهی تفاضلی

سیگنالی که به‌صورت تفاضلی منتقل می‌شود. به افزایش دامنه در انتهای دریافت‌کننده توجه‌کنید.

سیگنال‌دهی تفاضلی یا سیگنال‌دهی دیفرانسیلی روشی برای انتقال‌سازی الکتریکی اطلاعات با استفاده از دو سیگنال مکمل است. این فن همان سیگنال الکتریکی را به‌عنوان یک زوج تفاضلی از سیگنال‌ها ارسال می‌کند که هرکدام در رسانای خاص خود هستند. زوج رساناها می‌توانند سیم‌هایی در یک کابل زوج بهم‌تابیده یا نواری یا مسیرهایی روی یک برد مدار چاپی باشند.

از نظر الکتریکی، دو رسانا سیگنال‌های ولتاژی را حمل می‌کنند که از نظر بزرگی برابر هستند، اما قطبیت مخالف دارند. مدار گیرنده به تفاوت بین دو سیگنال پاسخ می‌دهد که منجر به سیگنالی با اندازه دوبرابری می‌شود.

سیگنال‌های متقارن سیگنال‌دهی تفاضلی را می‌توان متعادل نامید، اما این اصطلاح به‌طور مناسب‌تر برای مدارهای متعادل و خطوط متعادل به کار می‌رود که تداخل حالت-مشترک را هنگام تغذیه به گیرنده تفاضلی واپس (به انگلیسی: reject) می‌کنند. سیگنال‌دهی تفاضلی یک خط را متعادل نمی‌کند و همچنین وازنش (به انگلیسی: rejection) نویز در مدارهای متعادل نیاز به سیگنال‌دهی تفاضلی ندارد.

سیگنال‌دهی تفاضلی باید با سیگنال‌دهی تک-انتهایی مقایسه شود که تنها یک رسانا را با سیگنال راه‌اندازی می‌کند، درحالی که دیگری به یک ولتاژ مرجع ثابت متصل‌شده‌است.

مزایای

برخلاف تصور رایج، سیگنال‌دهی تفاضلی تأثیری بر لغوش نویز (به انگلیسی: noise cancellation) ندارد. خطوط متعادل با گیرنده‌های تفاضلی، بدون توجه به اینکه سیگنال تفاضلی یا تک‌سَر باشد، ^[۱]^[۲] نویز را واپس می‌کنند، اما از آنجایی که وازنش نویز (به انگلیسی: noise rejection) خط متعادل به هر روی به گیرنده تفاضلی نیاز دارد، سیگنال‌های تفاضلی اغلب در خطوط متعادل استفاده می‌شود. برخی از مزایای سیگنال‌دهی تفاضلی عبارتند از:

ولتاژ سیگنال بین زوج تفاضلی دوبرابر شده (در مقایسه با سیگنال تک‌انتهایی با همان سطح اسمی)، که سَرماند اضافی ۶ دسی‌بل ایجاد می‌کند.
نویز حالت-مشترک بین دو آپ‌اَمپ (مثلاً از حذف منبع تغذیه ناقص) به راحتی توسط گیرنده تفاضلی حذف می‌شود.
به دلیل افزایش ایمنی نویز و ۶ دسی‌بل سَرماند اضافی، امکان کابل‌کشی طولانی‌تر وجود دارد.
در فرکانس‌های بالاتر، امپدانس خروجی تقویت‌کننده خروجی می‌تواند تغییرکند و درنتیجه یک نامتعادلی کوچک ایجاد شود. هنگامی که در حالت تفاضلی با دو تقویت‌کننده یکسان راه‌اندازی می‌شود، این تغییر امپدانس برای هردو خط یکسان خواهد بود و درنتیجه لغو می‌شود.

مناسب برای استفاده با وسایل الکترونیکی ولتاژ-پایین

تقویت‌کننده‌های تفاضلی با تقویت اختلاف بین ولتاژهای دو ورودی تقویت‌کننده به سیگنال‌های تفاضلی پاسخ می‌دهند.

صنعت الکترونیک، به‌ویژه در دستگاه‌های قابل‌حمل و همراه، به‌طور مداوم در تلاش است تا ولتاژ منبع تغذیه را کاهش دهد تا در مصرف توان صرفه‌جویی کند.، با این حال، ولتاژ پایین تغذیه، ایمنی نویز را کاهش می‌دهد. سیگنال‌دهی تفاضلی به کاهش این مشکلات کمک می‌کند، زیرا برای یک ولتاژ منبع معین، دوبرابر یک سامانه تک‌سر مصونیت نویز ایجاد می‌کند.^[۳]

جستارهای وابسته

منابع

↑ Blyth, Graham (2009). "Audio Balancing Issues". White Papers. Soundcraft. Archived from the original on 2010-12-04. Retrieved 2010-12-30. Let's be clear from the start here: if the source impedance of each of these signals was not identical i.e. balanced, the method would fail completely, the matching of the differential audio signals being irrelevant, though desirable for headroom considerations. (3 pages)
↑ "Part 3: Amplifiers". Sound system equipment (Third ed.). Geneva, Switzerland: International Electrotechnical Commission. 2000. pp. 111–. IEC 602689-3:2001. Only the common-mode impedance balance of the driver, line, and receiver play a role in noise or interference rejection. This noise or interference rejection property is independent of the presence of a desired differential signal.
↑ "The Basic MOSFET Differential Pair". All about circuits. 2016-09-09. Retrieved 2023-11-22.
Ballou, Glenn M. (2015). Handbook for Sound Engineers (Fifth ed.). Taylor & Francis. pp. 1267–1268.
Ott, Henry W. (1988). Noise Reduction Techniques in Electronic Systems (Second ed.). John Wiley & Sons. p. 116.
"New Generation Ethernet PHY with LinkMD" (PDF). San Jose, California, USA: Micrel Incorporated / Microchip Technology. June 2005. Application Note 127, KS8001, M9999-060105, (408) 955-1690. Retrieved 2022-02-25. (5 pages)
"Understanding Lane Reversal and Polarity". Teledyne LeCroy. 2013-01-09. Archived from the original on 2021-04-13. Retrieved 2022-02-25.
"Simplify Routing With Pin, Part, And Diff-Pair Swapping". White Papers. Altium. 2020-10-27 [2017-02-10]. Archived from the original on 2021-06-14. Retrieved 2022-02-25.
"TUSB73x0 Board Design and Layout Guidelines - User's Guide" (PDF). Texas Instruments Incorporated. February 2016 [June 2011]. Literature Number: SLLU149E. Archived (PDF) from the original on 2021-05-06. Retrieved 2022-02-25. (45 pages)
"Can I swap the positive (p) and negative (n) signals of a differential pair?". Troubleshooting. Intel. 2012-09-11. ID: 000085787. Archived from the original on 2022-02-25. Retrieved 2022-02-25.
"Can the Ethernet transformer pairs be swapped". Knowledge. Microchip Technology. 2020-03-03. Archived from the original on 2020-08-09. Retrieved 2022-02-25.

[Blyth_2009-1] Blyth, Graham (2009). "Audio Balancing Issues". White Papers. Soundcraft. Archived from the original on 2010-12-04. Retrieved 2010-12-30. Let's be clear from the start here: if the source impedance of each of these signals was not identical i.e. balanced, the method would fail completely, the matching of the differential audio signals being irrelevant, though desirable for headroom considerations. (3 pages)

[IEC_2001-2] "Part 3: Amplifiers". Sound system equipment (Third ed.). Geneva, Switzerland: International Electrotechnical Commission. 2000. pp. 111–. IEC 602689-3:2001. Only the common-mode impedance balance of the driver, line, and receiver play a role in noise or interference rejection. This noise or interference rejection property is independent of the presence of a desired differential signal.

[3] "The Basic MOSFET Differential Pair". All about circuits. 2016-09-09. Retrieved 2023-11-22.

[AES_2015-4] Ballou, Glenn M. (2015). Handbook for Sound Engineers (Fifth ed.). Taylor & Francis. pp. 1267–1268.

[Ott_1988-5] Ott, Henry W. (1988). Noise Reduction Techniques in Electronic Systems (Second ed.). John Wiley & Sons. p. 116.

[Micrel_2005-6] "New Generation Ethernet PHY with LinkMD" (PDF). San Jose, California, USA: Micrel Incorporated / Microchip Technology. June 2005. Application Note 127, KS8001, M9999-060105, (408) 955-1690. Retrieved 2022-02-25. (5 pages)

[Teledyne_2013-7] "Understanding Lane Reversal and Polarity". Teledyne LeCroy. 2013-01-09. Archived from the original on 2021-04-13. Retrieved 2022-02-25.

[Altium_2020-8] "Simplify Routing With Pin, Part, And Diff-Pair Swapping". White Papers. Altium. 2020-10-27 [2017-02-10]. Archived from the original on 2021-06-14. Retrieved 2022-02-25.

[TI_2016-9] "TUSB73x0 Board Design and Layout Guidelines - User's Guide" (PDF). Texas Instruments Incorporated. February 2016 [June 2011]. Literature Number: SLLU149E. Archived (PDF) from the original on 2021-05-06. Retrieved 2022-02-25. (45 pages)

[Intel_2012-10] "Can I swap the positive (p) and negative (n) signals of a differential pair?". Troubleshooting. Intel. 2012-09-11. ID: 000085787. Archived from the original on 2022-02-25. Retrieved 2022-02-25.

[Microchip_2020-11] "Can the Ethernet transformer pairs be swapped". Knowledge. Microchip Technology. 2020-03-03. Archived from the original on 2020-08-09. Retrieved 2022-02-25.

[۱]

[۲]

[۳]