विभेदक संकेतन

This article is about electric signals via wires. For an immunological model that attempts to explain how T cells survive selection during maturation, see Differential Signalling Hypothesis.

एक संकेत भिन्न रूप से प्रेषित होता है। प्राप्त करने वाले छोर पर बढ़े हुए आयाम पर ध्यान दें।

डिफरेंशियल सिग्नलिंग दो पूरक सिग्नल (बिजली इंजीनियरिंग) का उपयोग करके विद्युत संचारण की एक विधि है। तकनीक एक ही विद्युत संकेत को संकेतों की एक अंतर जोड़ी के रूप में भेजती है, प्रत्येक अपने स्वयं के विद्युत कंडक्टर में। कंडक्टरों की जोड़ी एक मुड़-जोड़ी या रिबन केबल या मुद्रित सर्किट बोर्ड पर निशान में तार हो सकती है।

विद्युत रूप से, दो कंडक्टर वोल्टेज सिग्नल ले जाते हैं जो पूर्ण मूल्य में बराबर होते हैं, लेकिन विपरीत विद्युत ध्रुवता के होते हैं। प्राप्त करने वाला सर्किट दो संकेतों के बीच के अंतर पर प्रतिक्रिया करता है, जिसके परिणामस्वरूप दो बार बड़े परिमाण के साथ एक संकेत मिलता है।

विभेदक संकेतन के समरूपता संकेतों को संतुलित के रूप में संदर्भित किया जा सकता है, लेकिन यह शब्द संतुलित सर्किट और संतुलित रेखाओं पर अधिक उपयुक्त रूप से लागू होता है जो अंतर रिसीवर में खिलाए जाने पर सामान्य-मोड हस्तक्षेप को अस्वीकार करते हैं। डिफरेंशियल सिग्नलिंग एक लाइन को संतुलित नहीं करता है, न ही संतुलित सर्किट में शोर (इलेक्ट्रॉनिक्स) अस्वीकृति के लिए डिफरेंशियल सिग्नलिंग की आवश्यकता होती है।

डिफरेंशियल सिग्नलिंग को सिंगल-एंड सिग्नलिंग के विपरीत होना चाहिए जो सिग्नल के साथ केवल एक कंडक्टर को चलाता है, जबकि दूसरा एक निश्चित संदर्भ वोल्टेज से जुड़ा होता है।

लाभ

लोकप्रिय धारणा के विपरीत, अंतर संकेतन शोर रद्दीकरण को प्रभावित नहीं करता है। अंतर रिसीवर के साथ संतुलित लाइनें शोर को अस्वीकार कर देंगी चाहे सिग्नल अलग हो या सिंगल-एंडेड,लेकिन चूंकि संतुलित लाइन नॉइज़ रिजेक्शन के लिए वैसे भी एक डिफरेंशियल रिसीवर की आवश्यकता होती है, डिफरेंशियल सिग्नलिंग का उपयोग अक्सर संतुलित लाइनों पर किया जाता है। विभेदक संकेतन के कुछ लाभों में शामिल हैं:

• डिफरेंशियल पेयर (समान नाममात्र स्तर के सिंगल-एंडेड सिग्नल की तुलना में) के बीच दोगुना सिग्नल वोल्टेज, 6 dB अतिरिक्त हेडरूम (ऑडियो सिग्नल प्रोसेसिंग) देता है।* सामान्य-मोड संकेत | दो एम्पों के बीच कॉमन-मोड शोर (जैसे अपूर्ण बिजली आपूर्ति अस्वीकृति अनुपात से) एक अंतर रिसीवर द्वारा आसानी से खारिज कर दिया जाता है।
• इस बढ़ी हुई शोर प्रतिरोधक क्षमता और 6 dB अतिरिक्त हेडरूम के कारण लंबे समय तक केबल चलाना संभव है।
• उच्च आवृत्तियों पर, आउटपुट एम्पलीफायर का आउटपुट प्रतिबाधा बदल सकता है, जिसके परिणामस्वरूप एक छोटा सा असंतुलन हो सकता है। जब दो समान एम्पलीफायरों द्वारा डिफरेंशियल मोड में संचालित किया जाता है, तो यह प्रतिबाधा परिवर्तन दोनों लाइनों के लिए समान होगा, और इस प्रकार रद्द हो जाएगा।

डिफरेंशियल सिग्नलिंग एनालॉग सिग्नलिंग, संतुलित ऑडियो और डिजिटल सिग्नलिंग दोनों के लिए काम करता है, जैसे RS-422, RS-485, मुड़ जोड़ी पर ईथरनेट, PCI एक्सप्रेस, DisplayPort , HDMI और USB ।

=== लो-वोल्टेज इलेक्ट्रॉनिक्स === के साथ उपयोग के लिए उपयुक्तता

डिफरेंशियल एम्पलीफायर्स एम्पलीफायर के दो इनपुट पर वोल्टेज के बीच अंतर को बढ़ाकर डिफरेंशियल सिग्नल का जवाब देते हैं।

इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग, विशेष रूप से पोर्टेबल और मोबाइल उपकरणों में, बिजली बचाने के लिए आपूर्ति वोल्टेज को कम करने के लिए लगातार प्रयास करता है। एक कम आपूर्ति वोल्टेज, हालांकि, शोर प्रतिरोधक क्षमता को कम कर देता है। डिफरेंशियल सिग्नलिंग इन समस्याओं को कम करने में मदद करता है, क्योंकि किसी दिए गए आपूर्ति वोल्टेज के लिए, यह सिंगल-एंडेड सिस्टम की दोगुनी शोर प्रतिरक्षा प्रदान करता है।

यह देखने के लिए, आपूर्ति वोल्टेज के साथ एकल-समाप्त डिजिटल प्रणाली पर विचार क्यों करें $V_{S}$. उच्च तर्क स्तर है $V_{S}\,$ और निम्न तर्क स्तर 0 V है। इसलिए दो स्तरों के बीच का अंतर है $V_{S}-0\,\mathrm {V} =V_{S}$. अब एक ही आपूर्ति वोल्टेज के साथ एक विभेदक प्रणाली पर विचार करें। उच्च अवस्था में वोल्टेज का अंतर, जहां एक तार होता है $V_{S}\,$ और दूसरा 0 वी पर है $V_{S}-0\,\mathrm {V} =V_{S}$. निम्न अवस्था में वोल्टेज अंतर, जहां तारों पर वोल्टेज का आदान-प्रदान होता है, है $0\,\mathrm {V} -V_{S}=-V_{S}$. उच्च और निम्न तर्क स्तरों के बीच का अंतर इसलिए है $V_{S}-(-V_{S})=2V_{S}\,$. यह सिंगल-एंडेड सिस्टम के अंतर का दोगुना है। यदि एक तार पर वोल्टेज शोर दूसरे पर शोर से असंबद्ध है, तो एकल-समाप्त प्रणाली के साथ विभेदक प्रणाली के साथ त्रुटि उत्पन्न करने में दोगुना शोर होता है। दूसरे शब्दों में, अंतर संकेतन शोर प्रतिरक्षा को दोगुना कर देता है।

== सिंगल-एंडेड सिग्नलिंग == के साथ तुलना सिंगल-एंडेड सिग्नलिंग में, ट्रांसमीटर एक एकल वोल्टेज उत्पन्न करता है जिसे रिसीवर एक निश्चित संदर्भ वोल्टेज के साथ तुलना करता है, दोनों सिरों द्वारा साझा किए गए एक सामान्य ग्राउंड कनेक्शन के सापेक्ष। कई उदाहरणों में, सिंगल-एंडेड डिज़ाइन संभव नहीं हैं। एक और कठिनाई विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप है जो एकल-समाप्त सिग्नलिंग प्रणाली द्वारा उत्पन्न की जा सकती है जो उच्च गति से संचालित करने का प्रयास करती है।

संतुलित इंटरफेस से संबंध

Main article: Balanced circuit

दो उपकरणों के बीच अलग-अलग संकेतों को प्रेषित करते समय एक संतुलित इंटरफ़ेस के माध्यम से ऐसा करना आम बात है। एक इंटरफ़ेस एक सबसिस्टम है जिसमें तीन भाग होते हैं: एक ड्राइवर, एक लाइन और एक रिसीवर। ये तीन घटक एक सिग्नल के माध्यम से यात्रा करने के लिए एक पूर्ण सर्किट को पूरा करते हैं और इस सर्किट की बाधाएं यह निर्धारित करती हैं कि संपूर्ण रूप से इंटरफ़ेस संतुलित है या नहीं:एक संतुलित सर्किट एक दो-कंडक्टर सर्किट होता है जिसमें दोनों कंडक्टर और उनसे जुड़े सभी सर्किट ग्राउंड और अन्य सभी कंडक्टरों के लिए समान प्रतिबाधा रखते हैं।संतुलित इंटरफेस को शोर के खिलाफ सुरक्षा योजना के रूप में विकसित किया गया था। सिद्धांत रूप में, यह किसी भी हस्तक्षेप को तब तक अस्वीकार कर सकता है जब तक कि यह सामान्य-मोड (वोल्टेज जो समान परिमाण और दोनों कंडक्टरों में समान ध्रुवता के साथ दिखाई देते हैं)।

इस बात को लेकर बहुत भ्रम है कि एक संतुलित इंटरफ़ेस क्या होता है और यह डिफरेंशियल सिग्नलिंग से कैसे संबंधित है। वास्तव में, वे दो पूरी तरह से स्वतंत्र अवधारणाएं हैं: संतुलित इंटरफेसिंग चिंता शोर और हस्तक्षेप अस्वीकृति है, जबकि विभेदक संकेतन केवल हेडरूम से संबंधित है। एक सर्किट का प्रतिबाधा संतुलन उन संकेतों को निर्धारित नहीं करता है जो इसे ले जा सकते हैं और इसके विपरीत।

अंतर जोड़े का उपयोग

तकनीक इलेक्ट्रॉनिक क्रॉसस्टॉक और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को कम करती है, दोनों शोर (इलेक्ट्रॉनिक्स) उत्सर्जन और शोर स्वीकृति, और एक निरंतर या ज्ञात विशेषता प्रतिबाधा प्राप्त कर सकती है, जिससे प्रतिबाधा मिलान तकनीक एक उच्च गति सिग्नल संचरण लाइन या उच्च गुणवत्ता वाली संतुलित रेखा और संतुलित में महत्वपूर्ण होती है। सर्किट ऑडियो सिग्नल पथ।

विभेदक जोड़े में शामिल हैं:

• ट्विस्टेड-पेयर केबल, केबल सुरक्षित कर दी और अनिशेल्ड
• प्रिंटेड सर्किट बोर्ड पर माइक्रोस्ट्रिप और स्ट्रिपलाइन डिफरेंशियल पेयर रूटिंग तकनीक

डिफरेंशियल पेयर में आमतौर पर डिफरेंशियल या सेमी-डिफरेंशियल सिग्नल होते हैं, जैसे हाई-स्पीड डिजिटल सीरियल इंटरफेस जिसमें LVDS डिफरेंशियल उत्सर्जक युग्मित तर्क , सकारात्मक संदर्भित उत्सर्जक युग्मित तर्क , कम वोल्टेज सकारात्मक उत्सर्जक युग्मित तर्क , हाइपर ट्रांसपोर्ट , इथरनेट ओवर ट्विस्टेड पेयर, सीरियल डिजिटल इंटरफ़ेस शामिल हैं। RS-422, RS-485, USB, सीरियल ATA, TMDS, फायरवायर, और HDMI, आदि, या अन्य उच्च गुणवत्ता और/या उच्च आवृत्ति एनालॉग सिग्नल (जैसे वीडियो संकेत , संतुलित ऑडियो सिग्नल, आदि)।

डेटा दर उदाहरण

डिफरेंशियल पेयर के साथ लागू किए गए कुछ इंटरफेस की डेटा दरों में निम्नलिखित शामिल हैं:

• सीरियल एटीए - 1.5 जीबीटी/एस
• हाइपरट्रांसपोर्ट - 1.6 Gbit/s
• इन्फिनिबैंड - 2.5 जीबीटी/एस
• पीसीआई एक्सप्रेस - 2.5 जीबीटी/एस
• सीरियल एटीए#2.0|सीरियल एटीए संशोधन 2.0 - 2.4 जीबीटी/एस
• एक्सएयूआई - 3.125 जीबीटी/एस
• सीरियल एटीए#3.0|सीरियल एटीए संशोधन 3.0 - 6 जीबीटी/एस
• PCI एक्सप्रेस 2.0 - 5.0 Gbit/s प्रति लेन
• 10 गीगाबिट ईथरनेट - 10 Gbit/s (प्रत्येक 2.5 Gbit/s पर चलने वाले चार विभेदक जोड़े)
• डीडीआर एसडीआरएएम - 3.2 जीबीटी/एस (डिफरेंशियल स्ट्रोब लैच सिंगल-एंडेड डेटा)

ट्रांसमिशन लाइनें

ट्रांसमिशन लाइन का प्रकार जो दो उपकरणों (चिप्स, मॉड्यूल) को जोड़ता है, अक्सर सिग्नलिंग के प्रकार को निर्धारित करता है। सिंगल-एंड सिग्नलिंग आमतौर पर समाक्षीय तार ्स के साथ प्रयोग किया जाता है, जिसमें एक कंडक्टर पर्यावरण से दूसरे को पूरी तरह से स्क्रीन करता है। सभी स्क्रीन (या ढाल) को एक सामान्य जमीन बनाने के लिए सामग्री के एक टुकड़े में जोड़ा जाता है। हालाँकि, डिफरेंशियल सिग्नलिंग का उपयोग आमतौर पर कंडक्टरों की संतुलित जोड़ी के साथ किया जाता है। लघु केबलों और कम आवृत्तियों के लिए, दो विधियाँ समतुल्य हैं, इसलिए एक सामान्य जमीन वाले सस्ते सिंगल-एंड सर्किट का उपयोग सस्ते केबलों के साथ किया जा सकता है। जैसे ही सिग्नलिंग की गति तेज हो जाती है, तार ट्रांसमिशन लाइनों के रूप में व्यवहार करना शुरू कर देते हैं।

कंप्यूटर में प्रयोग

विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को कम करने के लिए अक्सर कंप्यूटर में विभेदक संकेतन का उपयोग किया जाता है, क्योंकि ज्यामितीय बाधाओं और इस तथ्य के कारण कि डीसी में स्क्रीनिंग काम नहीं करती है, कंप्यूटर में माइक्रोस्ट्रिप्स और माइक्रोप्रोसेसरों के साथ पूर्ण स्क्रीनिंग संभव नहीं है। यदि डीसी बिजली आपूर्ति लाइन और कम वोल्टेज सिग्नल लाइन एक ही जमीन साझा करते हैं, तो जमीन के माध्यम से लौटने वाली बिजली की धारा इसमें एक महत्वपूर्ण वोल्टेज उत्पन्न कर सकती है। कम प्रतिरोध वाली जमीन इस समस्या को कुछ हद तक कम कर देती है। माइक्रोस्ट्रिप लाइनों की एक संतुलित जोड़ी एक सुविधाजनक समाधान है क्योंकि इसमें स्ट्रिपलाइन की तरह अतिरिक्त पीसीबी परत की आवश्यकता नहीं होती है। क्योंकि प्रत्येक पंक्ति ग्राउंड प्लेन में एक मिलान छवि करंट का कारण बनती है, जो वैसे भी बिजली की आपूर्ति के लिए आवश्यक है, जोड़ी चार लाइनों की तरह दिखती है और इसलिए एक साधारण पृथक जोड़ी की तुलना में कम क्रॉसस्टॉक दूरी होती है। वास्तव में, यह एक मुड़ी हुई जोड़ी के साथ-साथ व्यवहार करता है। कम क्रॉसस्टॉक महत्वपूर्ण है जब कई लाइनें एक छोटी सी जगह में पैक की जाती हैं, जैसा कि एक विशिष्ट पीसीबी पर होता है।

हाई-वोल्टेज डिफरेंशियल सिग्नलिंग

हाई-वोल्टेज डिफरेंशियल (HVD) सिग्नलिंग हाई-वोल्टेज सिग्नल का उपयोग करता है। कंप्यूटर इलेक्ट्रॉनिक्स में, "उच्च वोल्टेज" का सामान्य अर्थ 5 वोल्ट या अधिक होता है।

SCSI-1 भिन्नताओं में एक उच्च वोल्टेज अंतर (HVD) कार्यान्वयन शामिल था जिसकी अधिकतम केबल लंबाई एकल-समाप्त संस्करण की तुलना में कई गुना अधिक थी। एससीएसआई उपकरण, उदाहरण के लिए, एचवीडी का उपयोग करते हुए 25 मीटर की अधिकतम कुल केबल लंबाई की अनुमति देता है, जबकि सिंगल-एंडेड एससीएसआई बस की गति के आधार पर 1.5 से 6 मीटर की अधिकतम केबल लंबाई की अनुमति देता है। SCSI के LVD संस्करण 25 मीटर से कम केबल लंबाई की अनुमति देते हैं, न कि कम वोल्टेज के कारण, बल्कि इसलिए कि ये SCSI मानक पुराने HVD SCSI की तुलना में बहुत अधिक गति की अनुमति देते हैं।

सामान्य शब्द हाई-वोल्टेज डिफरेंशियल सिग्नलिंग विभिन्न प्रणालियों का वर्णन करता है। दूसरी ओर लो-वोल्टेज डिफरेंशियल सिग्नलिंग (LVDS), एक विशिष्ट प्रणाली है जिसे TIA/EIA मानक द्वारा परिभाषित किया गया है।

ध्रुवीयता स्विचिंग

{{anchor|Reversed polarity}डिफरेंशियल सिग्नल से निपटने वाले कुछ एकीकृत सर्किट दो डिफरेंशियल सिग्नल की ध्रुवीयता को स्वैप करने के लिए एक हार्डवेयर विकल्प (फर्मवेयर नियंत्रण के तहत, या स्वचालित रूप से स्ट्रैपिंग विकल्पों के माध्यम से) प्रदान करते हैं, जिसे डिफरेंशियल पेयर स्वैपिंग, पोलरिटी रिवर्सन, डिफरेंशियल पेयर इनवर्जन, पोलरिटी इनवर्जन कहा जाता है। या लेन उलटा। इसका उपयोग हार्डवेयर विकास में मुद्रित सर्किट बोर्डों पर ट्रेस के हाई-स्पीड डिफरेंशियल जोड़े के रूटिंग (इलेक्ट्रॉनिक डिज़ाइन ऑटोमेशन) को सरल बनाने या सुधारने के लिए किया जा सकता है, स्वैप किए गए तारों के माध्यम से सामान्य केबलिंग त्रुटियों से निपटने में मदद करने के लिए, या सामान्य डिज़ाइन त्रुटियों को आसानी से ठीक करने के लिए फर्मवेयर नियंत्रण। कई ईथरनेट PHY ट्रांसीवर ऑटो पोलरिटी डिटेक्शन और करेक्शन के रूप में इसका समर्थन करते हैं (समान ऑटो क्रॉसओवर (ईथरनेट) फीचर के साथ भ्रमित न हों)।PCIe और USB सुपरस्पीड भी लेन पोलरिटी इनवर्जन को सपोर्ट करते हैं।

ध्रुवीयता त्रुटियों से निपटने का दूसरा तरीका है Line_code#Polarity | का उपयोग करना ध्रुवता-असंवेदनशील रेखा कोड।

यह भी देखें

• बैकप्लेन
• वर्तमान लूप सिग्नलिंग
• वर्तमान मोड तर्क (CML)
• डीडीआर एसडीआरएएम
• विभेदक एम्पलीफायर
• विभेदक टीटीएल
• डिस्प्लेपोर्ट
• हमबकर
• अनुदैर्ध्य वोल्टेज
• सिग्नल की समग्रता
• सिंगल-एंड सिग्नलिंग
• ट्रांजिशन मिनिमाइज्ड डिफरेंशियल सिग्नलिंग (टीएमडीएस)