¿Por qué la señalización diferencial envía señales complementarias en lugar de simplemente emparejar la entrada y el voltaje de tierra?

"Suelo" como concepto necesita alguna aclaración. Si solo tiene una línea de señal y una tierra, entonces sí, es difícil notar la diferencia. Pero si está pasando algo más, importa.

Toda la señalización de CA implica un flujo de corriente , incluso si se mide como voltaje en el receptor. Como mínimo, debe cargar/descargar la capacitancia parásita del receptor, y el cable de señal también tendrá una capacitancia a tierra. Tenga en cuenta que el comportamiento del modo común solo se mantiene si los dos cables tienen la misma longitud y están a una distancia constante entre sí.

Entonces, si tiene un cable de señal y un cable de tierra, entonces la corriente en el cable de señal debe coincidir con una corriente correspondiente en la otra dirección en el cable de tierra. Si tiene muchas señales, el cable de tierra contendrá una copia combinada de todas las señales. Por lo tanto, es ventajoso que cada señal tenga su propia base. Si observa VGA, notará que cada señal tiene su propia conexión a tierra debido a esto. Si observa un IDE de 80 pines, cada par de señales tiene un cable de tierra entre ellas en el cable plano. Esos son para evitar que los cables de señal induzcan corrientes entre sí ("diafonía").

Una vez que haya aceptado que cada señal debe tener su propia conexión a tierra, es más natural aceptar las dos como un par combinado, desconectar una de la conexión a tierra y conectarlas a través de una red de resistencia de terminación, y conducirlas/leerlas como una señal diferencial.

La diferencia es que las líneas diferenciales coinciden en impedancia de modo común (tierra contraria), de modo que el ruido inducido o acoplado capacitivamente a las líneas tiende a ser ruido de modo común y, por lo tanto, rechazado.

Un cable impulsado diferencialmente no crea una interferencia efectiva de campo lejano: lo que crea un cable es cancelado por el otro. Hasta ahora, todo el mundo está hablando de susceptibilidad, pero el gran problema para mí es que dos señales en contrafase que se transportan a lo largo de dos cables (como un par trenzado) pueden generar campos E y H locales, pero estos campos se cancelan efectivamente a una distancia corta.

Si transmitiera una señal de un solo extremo como esta, la interferencia de campo lejano sería significativamente mayor.

¿Por qué no simplemente hacer el par de señales de la siguiente manera?

D+ = V_SEÑAL

D- = V_TIERRA

Supongo que quiere decir que la señal V_GROUND estaría conectada a la tierra del circuito en un extremo u otro del enlace. Tal vez en ambos extremos.

Si hace esto, ya no está haciendo señalización diferencial, está haciendo una señalización desequilibrada o de un solo extremo .

Entonces, la pregunta que realmente se está haciendo es: ¿cuándo usamos señales diferenciales y cuándo usamos señales de un solo extremo?

Las señales de un solo extremo se utilizan en muchas situaciones. La mayoría de las trazas en una PCB suelen ser señales desequilibradas. Para conexiones cortas con señales que cambian lentamente a través de un cable plano entre placas, a menudo usamos señales de un solo extremo. Incluso para conexiones largas entre cajas, aún se pueden usar señales no balanceadas.

Pero para lograr una buena inmunidad al ruido y bajas emisiones radiadas, para señales razonablemente rápidas sobre distancias "largas", las señales desequilibradas generalmente requieren un cable blindado, como el coaxial.

Pero el cable coaxial es más caro que el ahora omnipresente cable de par trenzado sin blindaje (UTP).

Así que preferimos, si podemos salirnos con la nuestra, usar UTP.

Ahora, si manejamos una señal en una línea de una conexión UTP, podemos, como usted dice, eliminar la interferencia de modo común al recibir la señal en el otro extremo con un receptor diferencial (V_SIGNAL = V+ - V-). Pero mira la señal que estamos enviando por el cable. La señal que estamos generando tiene un componente sustancial de modo común.

V_CM = 0.5 * (D+ + D-)

Debido a esta señal de modo común, es probable que nuestro sistema emita una fuerte radiación, lo que dificultará la venta en la mayoría de las jurisdicciones.

Entonces, en realidad, estamos usando señalización diferencial para permitirnos usar cableado UTP de bajo costo con emisiones radiadas razonables (esperemos que cumplan con los estándares). En algunos casos, es posible que aún prefiramos señales no balanceadas en cables blindados cuando los requisitos del sistema (emisiones muy bajas o requisitos de inmunidad muy estrictos) justifiquen el costo.

Incluso en distancias cortas dentro de una caja, podríamos usar señalización diferencial en cable no trenzado (como un cable plano común) para reducir las emisiones a un costo menor que el uso de cables blindados.

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¿Cuál es la ruta de retorno típica para la corriente impulsada en el par diferencial?

Las corrientes en los dos conductores de un par diferencial (para una señal diferencial) son iguales y opuestas. Podrías decir que cada uno de los conductores es el camino de retorno del otro, o podrías decir que la corriente neta es cero, por lo que no es necesario un camino de retorno.

Por supuesto, si lanza una señal de modo común en el par diferencial, su corriente deberá regresar de alguna manera. Si no hay una ruta de retorno diseñada para la señal de modo común, podría viajar a través de un bucle grande y causar problemas importantes de EMC.

¿Qué, exactamente, acerca de la señalización del par diferencial causa la cancelación de EMR?

1. Debido a que los dos cables están estrechamente acoplados entre sí, hay un área de bucle pequeña entre ellos y, por lo tanto, la posibilidad de generar campos magnéticos es pequeña. Pero podría lograr lo mismo con una línea de transmisión de un solo extremo bien diseñada.

2. En par trenzado, tiene bucles alternos donde el campo magnético estará en direcciones opuestas. En el campo lejano, las contribuciones de los bucles alternos tenderán a cancelarse entre sí, lo que dará como resultado muy poca radiación. También habrá un efecto similar para la susceptibilidad.

Lo que te falta es la inmunidad al ruido.

Digamos que tiene 2 líneas, una a +5V y otra a -5V. La diferencia entre ellos es de 10V.

Ahora digamos que 1V de ruido se induce en cada línea por igual. La línea de +5V se convierte en +6V y la línea de -5V se convierte en -4V (5 + 1 = 6, -5 + 1 = -4).

La diferencia entre las dos líneas sigue siendo de 10V. El ruido se ha cancelado y la señal original sigue intacta.

Ese es el punto principal de la señalización diferencial.