Sinais diferenciais e suas características

Sabemos que, para melhorar a capacidade anti-interferência dos sistemas de comunicação, as interfaces RS485, CAN bus, USB e Ethernet utilizam transmissão de sinal diferencial. A transmissão diferencial é uma técnica de transmissão de sinal que difere da abordagem tradicional de linha única. A transmissão diferencial transmite sinais através de duas linhas, sendo que esses dois sinais possuem amplitudes iguais, mas fases opostas. Os sinais transmitidos nessas duas linhas são chamados de sinais diferenciais. Um sinal diferencial utiliza um valor numérico para representar a diferença entre duas grandezas físicas. Os sinais diferenciais também são chamados de sinais de modo diferencial, em oposição aos sinais de modo comum. A Figura 1 mostra as formas de onda de transmissão dos sinais diferenciais V+ e V- nas linhas de sinal e as formas de onda de análise de dados na extremidade receptora.

Figura 1. Forma de onda do sinal diferencial

Ao utilizarmos sinalização diferencial para transmissão, embora isso aumente a complexidade de quaisquer circuitos de interface relacionados, oferece as seguintes três vantagens:

1. Como você está controlando a tensão de referência, pequenos sinais podem ser facilmente identificados. Em um sistema de sinal de terminação única usando o terra como referência, a precisão do sinal medido depende da consistência do terra dentro do sistema. Quanto mais distantes a fonte e o receptor do sinal estiverem um do outro, maior a possibilidade de diferenças em seus valores de tensão de terra locais. O valor do sinal recuperado de um sinal diferencial é em grande parte independente do valor preciso do terra;

2. É altamente imune a interferências eletromagnéticas externas (EMI). Uma fonte de interferência afeta cada extremidade do par de sinais diferenciais praticamente da mesma forma. Como a diferença de tensão determina o valor do sinal, qualquer interferência idêntica que apareça em ambos os condutores será ignorada. Além de ser menos sensível a interferências, os sinais diferenciais geram menos EMI do que os sinais de terminação única;

3. Em um sistema de alimentação única, ele pode lidar com sinais bipolares de forma fácil e precisa. Para lidar com sinais bipolares em um sistema de alimentação única e terminação única, precisamos estabelecer um terra virtual em alguma tensão arbitrária entre o terra e o trilho de alimentação (geralmente o ponto médio). Tensões acima do terra virtual representam sinais positivos e tensões abaixo do terra virtual representam sinais negativos. Em seguida, o terra virtual deve ser distribuído corretamente por todo o sistema. Com a sinalização diferencial, esse terra virtual não é necessário, permitindo processar e transmitir sinais bipolares com alta fidelidade sem depender da estabilidade do terra virtual.

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