Grundvallaratriðin: Einstaklings- og mismunamerki

Í fyrsta lagi verðum við að læra nokkur grunnatriði um hvað einhliða merkjagjöf er áður en við getum farið yfir mismunamerki og eiginleika hennar.

Einstaklingsmerki

Einstaklingsmerki er einföld og algeng leið til að senda rafmerki frá sendanda til viðtakanda. Rafmerkið er sent með spennu (oft breytileg spenna), sem vísað er til fastrar spennu, venjulega 0 V hnút sem vísað er til sem „jörð“.

Einn leiðari ber merkið og einn leiðari ber sameiginlegan viðmiðunarmöguleika. Straumurinn sem tengist merkinu berst frá sendanda til móttakara og fer aftur í aflgjafann í gegnum jarðtenginguna. Ef mörg merki eru send mun hringrásin þurfa einn leiðara fyrir hvert merki auk einnar sameiginlegrar jarðtengingar; þannig er til dæmis hægt að senda 16 merki með því að nota 17 leiðara.

 

Einenda svæðisfræði

Mismunamerki

Mismunamerki, sem er sjaldgæfara en einhliða merki, notar tvö viðbótarspennumerki til að senda eitt upplýsingamerki. Þannig að eitt upplýsingamerki krefst par af leiðara; annar ber merkið og hinn ber öfugt merkið.

 

Einloka á móti mismunadrif: Almenn tímasetningarmynd

 

Móttakandinn dregur út upplýsingar með því að greina hugsanlegan mun á hvolfi og óbeygðu merkjum. Spennumerkin tvö eru „jafnvæg“ sem þýðir að þau hafa jafna amplitude og gagnstæða pólun miðað við venjulegri spennu. Returstraumar sem tengjast þessum spennum eru líka jafnaðir og hætta þannig hver öðrum út; af þessum sökum getum við sagt að mismunamerki hafi (helst) núllstraum sem flæðir í gegnum jarðtenginguna.

Með mismunamerkjum deila sendandi og móttakandi ekki endilega sameiginlegri jarðtengingu. Hins vegar þýðir notkun mismunamerkja ekki að munur á jarðgetu milli sendanda og móttakara hafi engin áhrif á virkni hringrásarinnar.

Ef mörg merki eru send þarf tvo leiðara fyrir hvert merki og oft er nauðsynlegt eða að minnsta kosti hagkvæmt að hafa jarðtengingu, jafnvel þegar öll merki eru mismunandi. Þannig, til dæmis, að senda 16 merki myndi þurfa 33 leiðara (samanborið við 17 fyrir einenda sendingu). Þetta sýnir augljósan ókost við mismunaboð.

 

Diffurtial merkja svæðisfræði

Kostir mismunandi merkja

Hins vegar eru mikilvægir kostir við mismunamerki sem geta meira en bætt upp fyrir aukna leiðarafjölda.

Enginn afturstraumur

Þar sem við höfum (helst) engan afturstraum verður jarðviðmiðunin minna mikilvæg. Jarðmöguleikinn getur jafnvel verið mismunandi hjá sendanda og viðtakanda eða hreyfast um innan ákveðins viðunandi sviðs. Hins vegar þarftu að vera varkár vegna þess að DC-tengd mismunamerki (eins og USB, RS-485, CAN) krefst almennt sameiginlegrar jarðtengingar til að tryggja að merki haldist innan hámarks og lágmarks leyfilegrar samstillingarspennu viðmótsins.

Viðnám gegn komandi EMI og Crosstalk

Ef EMI (rafsegultruflun) eða þvertaling (þ.e. EMI sem myndast af nærliggjandi merkjum) er kynnt utan frá mismunadrifleiðurunum, bætist það jafnt við hvolfið og óbeint merkið. Móttakarinn bregst við spennumunnum á milli merkjanna tveggja en ekki einenda (þ.e. jarðtengda) spennu, og þannig mun móttakararásin draga verulega úr amplitude truflunarinnar eða þverræðunnar.

Þetta er ástæðan fyrir því að mismunamerki eru minna næm fyrir EMI, víxlmælingu eða öðrum hávaða sem tengist báðum merkjum mismunaparsins.

Minnkun á útsendingu EMI og krosstali

Hröð umskipti, eins og hækkandi og lækkandi brúnir stafrænna merkja, geta myndað umtalsvert magn af EMI. Bæði einhliða og mismunamerki mynda EMI, en tvö merki í mismunapöri munu búa til rafsegulsvið sem eru (helst) jöfn að stærð en andstæð pólun. Þetta, í tengslum við tækni sem viðhalda nálægð milli leiðaranna tveggja (svo sem notkun á snúnum kapli), tryggir að losun frá leiðarunum tveimur mun að mestu hætta hver öðrum.

Notkun lægri spennu

Einhliða merki verða að halda tiltölulega hárri spennu til að tryggja fullnægjandi merki-til-suð hlutfall (SNR). Algengar einhliða tengispennur eru 3.3 V og 5 V. Vegna bættrar viðnáms gegn hávaða geta mismunadrifsmerki notað lægri spennu og samt viðhaldið fullnægjandi SNR. Einnig eykst SNR mismunadrifsmerkja sjálfkrafa um stuðulinn tvo miðað við samsvarandi einhliða útfærslu, vegna þess að kraftsviðið á mismunamóttakara er tvöfalt hærra en kraftsvið hvers merkis innan mismunaparsins.

Hæfni til að flytja gögn með góðum árangri með því að nota lægri merkjaspennu hefur nokkra mikilvæga kosti:

• Hægt er að nota lægri framboðsspennu.
• Minni spennuskipti
  • draga úr útgeislun EMI,
  • draga úr orkunotkun, og
  • gera ráð fyrir hærri rekstrartíðni.

Hátt eða lágt ástand og nákvæm tímasetning

Hefur þú einhvern tíma velt því fyrir þér hvernig nákvæmlega við ákveðum hvort merki sé í rökfræðilegu hátt eða rökfræðilegu lágu ástandi? Í einhliða kerfum verðum við að huga að aflgjafaspennu, þröskuldseiginleikum móttakararásanna, ef til vill gildi viðmiðunarspennu. Og auðvitað eru til afbrigði og umburðarlyndi sem koma með aukna óvissu inn í rökfræði-há- eða-rökfræði-lág spurninguna.

Í mismunamerkjum er einfaldara að ákvarða rökfræðilegt ástand. Ef spenna merkisins sem ekki er hvolfið er hærri en spenna hvolfs merkisins er rökfræðin há. Ef ósnúin spenna er lægri en öfug spenna, hefur þú rökfræði lága. Og skiptingin á milli þessara tveggja ríkja er punkturinn þar sem óbeygð og öfug merki skerast - þ.e. krosspunkturinn.

Þetta er ein ástæðan fyrir því að mikilvægt er að passa saman lengd víra eða spora sem bera mismunamerki: Til að ná hámarks nákvæmni tímasetningar, viltu að krosspunkturinn samsvari nákvæmlega rökfræðilegu umskiptin, en þegar leiðararnir tveir í parinu eru ekki jafnir. lengd, mun munurinn á útbreiðslu seinkun valda því að krosspunkturinn breytist.

Umsóknir

Það eru nú margir viðmótsstaðlar sem nota mismunamerki. Þar á meðal eru eftirfarandi:

• LVDS (Low-Voltage Differential Signaling)
• CML (Current Mode Logic)
• RS485
• RS422
• Ethernet
• CAN
• USB
• Hágæða jafnvægi hljóð

Ljóst er að fræðilegir kostir mismunaboða hafa verið staðfestir með hagnýtri notkun í óteljandi raunverulegum forritum.

Grunn PCB tækni til að beina mismunasporum

Að lokum skulum við læra grunnatriðin í því hvernig mismunaspor eru flutt á PCB. Beining mismunamerkja getur verið svolítið flókin, en það eru nokkrar grunnreglur sem gera ferlið einfaldara.

Lengd og lengd samsvörun - Hafðu það jafnt!

Mismunamerki eru (helst) jöfn að stærð og andstæð pólun. Þannig, í fullkomnu tilviki, mun enginn nettó afturstraumur renna í gegnum jörðu. Þessi fjarvera afturstraums er af hinu góða, svo við viljum hafa allt eins hugsjónalaust og mögulegt er, og það þýðir að við þurfum jafnar lengdir fyrir tvö ummerki í mismunapöri.

Því hærra sem hækkun/fall tími merkisins þíns er (ekki að rugla saman við tíðni merkisins), því meira þarftu að tryggja að ummerkin hafi sömu lengd. Skipulagsforritið þitt gæti innihaldið eiginleika sem hjálpar þér að fínstilla lengd spora fyrir mismunapör. Ef þú átt í erfiðleikum með að ná jafnri lengd geturðu notað „meander“ tæknina.

 

Dæmi um hvikuð ummerki

Breidd og bil – Hafðu það stöðugt!

Því nær sem mismunaleiðararnir eru, því betri verður tenging merkjanna. Myndað EMI mun hætta á skilvirkari hátt og móttekið EMI mun tengjast meira jafnt inn í bæði merki. Svo reyndu að færa þau mjög þétt saman.

Þú ættir að leiða mismunadrifleiðara eins langt í burtu frá nærliggjandi merkjum og mögulegt er til að forðast truflun. Breidd og bil á milli sporanna ætti að vera valin í samræmi við markviðnám og ætti að vera stöðug yfir alla lengd sporanna. Þannig að ef mögulegt er ættu ummerkin að vera samsíða þegar þau ferðast um PCB.

Viðnám – Lágmarkaðu afbrigði!

Eitt af því mikilvægasta sem þarf að gera þegar þú hannar PCB með mismunamerkjum er að finna út markviðnámið fyrir forritið þitt og setja síðan mismunapörin þín í samræmi við það. Haltu einnig viðnámsbreytingum eins litlum og mögulegt er.

Viðnám mismunalínu þinnar fer eftir þáttum eins og breidd snefilsins, tengingu ummerkjanna, þykkt koparsins og efni og lagstöflu PCB. Íhugaðu hvert af þessu þegar þú reynir að forðast allt sem breytir viðnám mismunaparsins þíns.

Ekki beina háhraðamerkjum yfir bil á milli koparsvæða á sléttu lagi, því þetta hefur einnig áhrif á viðnám þitt. Reyndu að forðast ósamfellur í jarðplanum.

Ráðleggingar um skipulag - Lestu, greindu og hugsaðu of mikið!

Og síðast en ekki síst, það er eitt mjög mikilvægt sem þú þarft að gera þegar þú sendir mismunaspor: Fáðu gagnablaðið og/eða forritaskýrslur fyrir flísina sem er að senda eða taka á móti mismunadrifsmerkinu, lestu í gegnum uppsetningarráðleggingarnar og greindu. þeim náið. Þannig geturðu útfært bestu mögulegu skipulagið innan takmarkana tiltekinnar hönnunar.

Niðurstaða

Mismunandi merkjasending gerir okkur kleift að senda upplýsingar með lægri spennu, góðu SNR, bættu ónæmi fyrir hávaða og hærri gagnahraða. Á hinn bóginn eykst leiðarafjöldi og kerfið mun þurfa sérhæfða senda og móttakara í stað hefðbundinna stafrænna IC.

Nú á dögum eru mismunamerki hluti af mörgum stöðlum, þar á meðal LVDS, USB, CAN, RS-485 og Ethernet, og því ættum við öll að vera (að minnsta kosti) kunnugur þessari tækni. Ef þú ert í raun og veru að hanna PCB með mismunamerkjum, mundu að skoða viðeigandi gagnablöð og app athugasemdir og ef nauðsyn krefur lestu þessa grein aftur!

Skildu eftir skilaboð 

Skilaboðalisti