차동 신호 전달

Differential signalling
이 기사는 와이어를 통한 전기 신호에 관한 것입니다.성숙기 동안 T세포가 선택에서 살아남는 방법을 설명하는 면역학적 모델은 차등 신호 전달 가설을 참조하십시오.
차동 전송되는 신호입니다.수신측에서 진폭이 증가하고 있습니다.

차동신호는 2개의 상보신호를 사용하여 정보를 전기적으로 전송하는 방법입니다.이 기술은 차동 신호 쌍과 동일한 전기 신호를 전송하며, 각 신호 쌍은 자체 도체에 있습니다.한 쌍의 도체는 트위스트 페어 또는 리본 케이블의 와이어이거나 프린트 회로 기판의 트레이스일 수 있습니다.

전기적으로 두 도체는 크기는 같지만 극성은 반대인 전압 신호를 전달합니다.수신회로는 두 신호 간의 차이에 응답하여 크기가 두 배 더 큰 신호를 생성합니다.

차동신호의 대칭신호는 흔히 밸런스드라고 불리지만, 이 용어는 차동수신기에 공급될 때 공통모드 간섭을 거부하는 평형회로 및 회선용으로 예약해야 합니다.차동신호를 사용해도 회선의 균형이 잡히지 않으며, 평형회로의 노이즈 제거에도 차동신호가 필요하지 않습니다.

차동신호는 한쪽 도체만 신호로 구동하고 다른 한쪽은 고정기준전압에 접속하는 싱글엔드 신호와 대조된다.

이점

일반적인 생각과는 달리, 차동 신호는 소음 취소에 영향을 미치지 않는다.차분 리시버가 있는 밸런스형 라인에서는 신호가 차분인지 싱글 [1][2]엔드인지에 관계없이 노이즈가 거부되지만 밸런스형 라인 노이즈 제거에는 차분 리시버가 필요하기 때문에 차분 시그널링이 밸런스형 라인에서 사용되는 경우가 많습니다.차동 시그널링의 이점에는 다음과 같은 것이 있습니다.

  • 신호 레벨은 공칭 레벨의 표준화에 의해 변경되지 않지만, 차동 드라이버로부터의 최대 출력은 2배이며,[1] 6dB의 여유 공간을 제공합니다.
  • 케이블 캐패시턴스가 긴 케이블에 걸쳐 증가하면 고주파가 감쇠하는 신호 레벨이 감소합니다.각 와이어가 완전 차동 출력과 같이 신호 전압 스윙의 절반을 전달하면 고주파 손실 없이 더 긴 케이블 런을 사용할 수 있습니다.
  • 2개의 암페어 사이에 상관관계가 있는 노이즈(예를 들어 불완전한 전원장치 제거)는 상쇄됩니다.관련된 노이즈는 회선에 공통 모드 전압으로 표시되며 차동 리시버에 의해 쉽게 거부됩니다.
  • 고주파에서는 출력 증폭기의 출력 임피던스가 변화하여 약간의 불균형이 발생할 수 있습니다.두 개의 동일한 증폭기에 의해 차동 모드로 구동되는 경우 이 임피던스 변화는 두 라인에서 동일하므로 [1]취소됩니다.

차동신호는 RS-422, RS-485, Ethernet over twisted pair, PCI Express, DisplayPort, HDMI 및 USB와 같이 아날로그 신호 전달과 디지털 신호 전달 모두에서 작동합니다.

저전압 전자기기 사용에 적합

차동 증폭기는 증폭기의 두 입력 전압 간의 차이를 증폭하여 차동 신호에 응답합니다.

전자업계, 특히 휴대용 및 모바일 디바이스는 전력을 [citation needed]절약하기 위해 공급전압을 낮추기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다.단, 공급전압이 낮으면 노이즈 내성도 저하됩니다.차동 시그널링은 특정 전원 전압에 대해 싱글 엔드 시스템의 노이즈 내성 2배를 제공하기 때문에 이러한 문제를 줄이는 데 도움이 됩니다.

그 이유를 확인하려면 공급 전압 S의 싱글 엔드 디지털 시스템을 고려하십시오. 하이 로직 은 V 이고 로우 로직 레벨은 0V입니다. 두 레벨의 차이는 V - S{\=입니다. 이제 동일한 공급 전압을 갖는 차동 시스템을 살펴보겠습니다.와이어 하나가 이고 다른 와이어가 0V인 하이 상태의 전압 차이는 V - S{{=입니다. 로우 상태의 와이어 전압 차이는 다음과 같습니다.- 따라서 로직 레벨과 낮은 로직 레벨의 차이는 V -S ) V (\ V_}) = {S 입니다.한쪽 와이어의 전압 노이즈가 다른 쪽 와이어의 노이즈와 관련이 없는 경우, 차동 시스템에서 오류가 발생하는 노이즈가 싱글 엔드 시스템보다 2배 더 필요합니다.즉, 차동 신호 전달은 소음 [citation needed]내성을 두 배로 높입니다.

싱글 엔드 시그널링과의 비교

싱글 엔드 시그널링에서 송신기는 수신기가 고정 기준 전압과 비교하는 싱글 전압을 생성합니다.이 전압은 양끝이 공유하는 공통 접지 접속에 상대적입니다.대부분의 경우 단일 엔드 설계가 실현 가능하지 않습니다.또 다른 어려움은 고속으로 [citation needed]작동하려고 하는 단일 엔드 신호 시스템에 의해 발생할 수 있는 전자파 간섭입니다.

균형 잡힌 인터페이스와의 관계

주요 기사: 밸런스 회로

2대의 기기간에 신호를 차분하게 송신하는 경우는, 밸런스 잡힌 인터페이스를 사용해 송신하는 것이 일반적입니다.인터페이스는 드라이버, 회선 및 수신기의 3개의 부분으로 이루어진 서브시스템입니다.이 세가지 부분들과 이 회로의 임피던스 무엇인지 전체적인 인터페이스 또는 아니라 균형적이다:[3]"균형 잡힌 회로는two-conductor 회로에 두 전도체와 모든 회선 그들에게 연결된에 땅과 모든 다른 c에 동일한 임피던스를 갖는 것이 가득한 회로에 대한 신호를 통해 여행에 참여하에잡음 방지 [4]스킴으로서 균형 잡힌 인터페이스가 개발되었습니다.이론적으로는 공통 모드(두 [3]도체에 나타나는 전압)인 한 간섭을 거부할 수 있습니다.

균형 잡힌 인터페이스를 구성하는 것과 그것이 차분 시그널링과 어떻게 관련되어 있는지에 대해서는 큰 혼란이 존재합니다.실제로는 두 가지 완전히 독립된 개념입니다. 균형 잡힌 인터페이스에서는 노이즈와 간섭 제거가 고려되고 차동 신호 전달에서는 헤드룸만 고려됩니다.회로의 임피던스 밸런스에 따라 전송 가능한 신호가 결정되지 않으며, [3]그 반대도 마찬가지입니다.

차동 쌍의 사용

이 기술은 노이즈 방출과 노이즈 수용 모두에서 전자 크로스톡과 전자파 간섭을 최소화하며, 일정하거나 알려진 특성 임피던스를 달성하여 고속 신호 전송선 또는 고품질 평형 라인 및 평형 회로 오디오 신호 경로에서 중요한 임피던스 매칭 기술을 가능하게 합니다.

차동 쌍에는 다음이 포함됩니다.

차동쌍은 일반적으로 LVDS 차동ECL, PECL, LVPECL, Hypertransport, Ethernet over twisted pair, Serial Digital Interface, RS-422, RS-485, USB, 시리얼 ATA, TMDS, Fire 등의 고속 디지털시리얼 인터페이스를 전송합니다.알로그 신호(예: 비디오 신호, 평형 오디오 신호 등)

데이터 레이트의 예

차동 페어로 실장되어 있는 일부 인터페이스의 데이터 레이트는 다음과 같습니다.

전송선

2개의 디바이스(칩, 모듈)를 접속하는 전송로의 타입이 시그널링의 타입을 결정하는 경우가 많습니다.싱글 엔드 시그널링은 보통 동축 케이블에 사용됩니다.동축 케이블에서는 한쪽 컨덕터가 다른 한쪽 컨덕터를 환경에서 완전히 차단합니다.모든 스크린(또는 실드)이 하나의 재료로 결합되어 공통 접지를 형성합니다.단, 차동신호는 일반적으로 균형 잡힌 도체 쌍과 함께 사용됩니다.짧은 케이블과 저주파의 경우 두 가지 방법이 동일하기 때문에 저렴한 케이블로 공통 접지를 가진 저렴한 싱글 엔드 회로를 사용할 수 있습니다.신호 속도가 빨라짐에 따라 와이어가 전송 선로 역할을 하기 시작합니다.

컴퓨터에서 사용

차동신호는 종종 전자파 간섭을 줄이기 위해 컴퓨터에서 사용됩니다. 왜냐하면 컴퓨터의 마이크로스트립과 칩으로는 완전한 스크리닝이 불가능하기 때문입니다.이는 기하학적 제약과 스크리닝이 DC에서 작동하지 않기 때문입니다.DC 전원 라인과 저전압 신호 라인이 같은 접지를 공유하면 접지를 통해 돌아오는 전력 전류가 상당한 전압을 유도할 수 있습니다.저저항 접지는 이 문제를 어느 정도 줄여줍니다.균형 잡힌 마이크로스트립 라인은 스트립 라인과 같이 PCB 레이어를 추가할 필요가 없기 때문에 편리한 솔루션입니다.각 회선은 접지 평면에 일치하는 화상 전류를 발생시키기 때문에 이 쌍은 전원 공급에 필요한 4개의 회선과 같기 때문에 단순한 절연 페어보다 크로스 토크 거리가 짧습니다.실제로는 트위스트 페어처럼 동작합니다.많은 회선이 일반적인 PCB와 [citation needed]같이 좁은 공간에 채워져 있는 경우에는 낮은 크로스톡이 중요합니다.

고전압 차동 신호 전달

High Voltage Differential(HVD; 고전압차동) 시그널링은 고전압 신호를 사용합니다.컴퓨터 전자제품에서 고전압은 보통 5V 이상을 의미합니다.

SCSI-1의 종류에는 최대 케이블 길이가 싱글 엔드 버전의 몇 배인 HVD(High Voltage Differential) 구현이 포함되어 있습니다.예를 들어 SCSI 장치는 HVD를 사용하여 최대 총 케이블 길이를 25m까지 허용하는 반면 싱글 엔드 SCSI는 버스 속도에 따라 최대 1.5~6m까지 케이블 길이를 허용합니다.LVD 버전의 SCSI는 25m 미만의 케이블을 사용할 수 있습니다.전압이 낮기 때문이 아니라 이러한 SCSI 규격이 오래된 HVD SCSI보다 훨씬 빠른 속도를 허용하기 때문입니다.

일반용어 고전압 차동신호는 다양한 시스템을 나타냅니다.반면 Low-Voltage Differential Signaling(LVDS; 저전압차동신호)은 TIA/EIA 표준에 의해 정의된 특정 시스템입니다.

극성 전환

차동 신호를 처리하는 일부 집적회로에는 2개의 차동 신호의 극성을 교환하는 하드웨어 옵션(스트래핑 옵션, 펌웨어 제어 또는 자동)이 준비되어 있습니다.이 옵션은 차동 페어 스왑, 극성 복귀, 차동 페어 반전, 극성 반전 또는 레인 반전이라고 불립니다.이 기능을 사용하면 하드웨어 개발 시 프린트 회로 기판상의 고속 차동 트레이스 쌍의 루팅을 심플화 또는 개선할 수 있습니다.또, 교환된 와이어에 의한 일반적인 케이블 에러에 대처할 수 있습니다(또는, 펌 웨어 [5][6][7][8][9]제어로 일반적인 설계 에러를 간단하게 수정할 수 있습니다).많은 이더넷 PHY 트랜시버는 이를 자동 극성 검출 및 보정으로 지원합니다(동일한 자동 크로스 [10]기능과 혼동하지 마십시오).PCIe 및 USB SuperSpeed는 차선 극성 반전도 지원합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c 전까진 블리드 지방, 그레이엄(2009년)."오디오 밸런싱 문제".화이트 Papers.Soundcraft.그 2010-12-04에 원래에서 Archived.2010-12-30 Retrieved.의 시작 여기에서 명확하게:만약 각각의 이러한 신호들은 출전 임피던스 일치하지는 않었다 즉 균형을 잡고 남길 정도 고려 사항지만 바람직한 메서드 완전히, 차등 오디오 신호의 일치하는 무관하고, 실패한 거야(3페이지를)
  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. ^ a b c Ballou, Glenn M. (2015). Handbook for Sound Engineers (Fifth ed.). Taylor & Francis. pp. 1267–1268.
  4. ^ Ott, Henry W. (1988). Noise Reduction Techniques in Electronic Systems (Second ed.). John Wiley & Sons. p. 116.
  5. ^ "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.
  6. ^ "Understanding Lane Reversal and Polarity". Teledyne LeCroy. 2013-01-09. Archived from the original on 2021-04-13. Retrieved 2022-02-25.
  7. ^ "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. (45페이지)
  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.
  9. ^ "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.
  10. ^ "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. (5페이지)