Was ist Differenzsignal?

Die differentielle Signalübertragung ist eine Technik zur elektronischen Übertragung von Informationen unter Verwendung von zwei verschiedenen Signalen. Im Vergleich dazu verwendet die einseitige Signalisierung nur ein Signal. Die Differenzsignalisierung ist sowohl für die analoge als auch für die digitale Signalisierung wirksam. Einige Soundsysteme verwenden noch analoge Systeme, aber die meisten Kommunikationsprotokolle wie Ethernet, USB (Universal Serial Bus), RS-422 und RS-485 verwenden digitale Signale.

Der Empfänger setzt das ursprüngliche Signal wieder zusammen, indem er die Spannungsdifferenz zwischen den beiden gesendeten Signalen liest. Diese Technik ermöglicht es dem Empfänger, die absolute Spannung der Signale zu ignorieren, die beträchtlich variieren kann, wenn sie sich zwischen Sender und Empfänger bewegen. Daher ist die differenzielle Signalübertragung eine viel zuverlässigere Methode zur elektronischen Übertragung von Informationen als die einseitige Signalübertragung.

Die Differenzsignalisierung ist doppelt so rauschresistent wie die Eintaktsignalisierung. Dies ist ein Vorteil bei elektronischen Niederspannungsgeräten wie Mobiltelefonen und tragbaren Telefonen. Diese Geräte tendieren weiterhin zu niedrigeren Spannungsversorgungen, um unerwünschte Strahlung zu reduzieren und Energie zu sparen.

Der hohe Logikpegel in einem Single-Ended-Digitalsystem ist die Versorgungsspannung (Vs). Der niedrige Logikpegel in diesem System ist die Massespannung oder 0 Volt (V). Die Differenz zwischen diesen beiden Spannungspegeln beträgt daher Vs - 0 V = Vs. Die Spannungen in einem Paar von Differenzsignalen haben die gleiche Größe, aber die entgegengesetzte Polarität, sodass die Spannungen + Vs und –Vs sind. Dies bedeutet, dass die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Signalen (+ Vs) - (–Vs) = 2Vs beträgt , wodurch sich die Störfestigkeit des Signals verdoppelt.

Single-Ended-Signale wie RS-232 haben den Vorteil, dass nur eine Leitung erforderlich ist. Eine Spannung von mindestens 12 Volt zeigt ein Signal an, und eine Spannung von weniger als drei Volt zeigt einen Signalmangel an. Dies bietet eine gewisse Störfestigkeit für ein Single-Ended-Signal, da natürliche Stromquellen selten drei Volt erzeugen.

Der Hauptnachteil eines Single-Ended-Signals besteht darin, dass es nicht mit hoher Geschwindigkeit arbeiten kann. Induktivität und Kapazität sind elektrische Effekte, die dazu neigen, hochfrequente Signale auszulöschen, wodurch die Geschwindigkeit eines Eintaktsignals begrenzt wird. Diese Art von Signal erfordert auch höhere Spannungspegel, um eine hohe Fehlerrate während der Übertragung zu vermeiden.

Computer verwenden im Allgemeinen differentielle Signale, um die Auswirkungen elektromagnetischer Interferenzen zu minimieren. Diese Geräte verwenden Gleichstrom, der Störungen nicht ausblenden kann. Die Niederspannungssignalleitung und die Hochspannungsstromversorgungsleitung eines Computers teilen sich häufig die gleiche Masse. Dies kann dazu führen, dass die Stromleitung eine signifikante Spannung in der Signalleitung induziert und Störungen verursacht.

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