كود "الإشارة" لكاميرات المسح الخطي: تحليل عميق للإشارات أحادية النهاية والإشارات التفاضلية

في مجال الرؤية الآلية، تعمل كاميرات المسح الخطي مثل "عيون مبصّرة"، وتتحمل مهمة الكشف والتحديد الدقيق لعدة أشياء. داخل الكاميرا، تلعب طرق الاتصال المحفزة للماكينة الكودية، وخاصة الإشارات المنفردة والإشارات التفاضلية، دورًا حاسمًا في أداء الكاميرا. إذن، ما هي بالضبط الإشارات المنفردة والإشارات التفاضلية؟ وما الفروق، والمزايا، والعيوب بينهما؟

كمетод تقليدي وأساسي لنقل الإشارات، من السهل فهم مبدأ الإشارات أحادية النهاية. يستخدم هذا الأسلوب مزيجًا من خط إشارة واحد وخط أرضي واحد لإتمام نقل الإشارة. في هذا الوضع، يكون خط الإشارة مسؤولًا عن حمل الإشارة المراد نقلها، بينما يعمل خط الأرض كمرجع للجهد، مما يوفر معيارًا للإشارة. هذا الأسلوب يتمتع ببنية بسيطة وكان مستخدمًا على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية المبكرة. بسبب درجة التكامل العالية والاستهلاك النسبي المنخفض للطاقة، فإن معظم الإشارات ذات المستوى المنخفض في السوق تُنقل باستخدام الإشارات أحادية النهاية. ومع ذلك، فإن نفس الخاصية التي تمنحها ميزاتها تسبب أيضًا عيوبها. البنية البسيطة تؤدي إلى عيوب واضحة. الإشارات أحادية النهاية لديها قدرة ضعيفة على مقاومة التشويش. في البيئات الكهرومغناطيسية المعقدة، تكون الإشارات عرضة للتشويش بسهولة، مما يؤدي إلى تشوه الإشارة ويؤثر على عمل الجهاز بشكل طبيعي.

مختلف عن الإشارات ذات النهاية الواحدة، يعتمد نقل الإشارات التفاضلي على مفهوم تصميم أكثر إبداعًا. في النقل التفاضلي، يتم استخدام خطين لإرسال الإشارات في نفس الوقت. تكون الإشارات على هذين الخطين متساوية في العمق ولكنها معاكسة في الطور. هذه الطريقة الفريدة للنقل تمنح الإشارات التفاضلية العديد من المزايا البارزة. أولاً، لديها قدرة مقاومة للتشويش بشكل كبير. عندما يحدث تشويش خارجي، يتم إضافة ضوضاء التشويش إلى الخطين الإشارتين بنفس القيمة وفي نفس الوقت. بما أن الإشارات الأصلية على الخطين الإشارتين معاكسة في الطور، فإن إشارات التشويش تلغي بعضها البعض، مما يجعل الإشارة التي يتم الحصول عليها عند نقطة الاستقبال غير متضررة بالتشويش. ثانيًا، يمكن للإشارات التفاضلية أن تقلل بفعالية من التداخل الكهرومغناطيسي. لأن الخطين الإشارتين يكونان قريبين جدًا من بعضهما البعض، وعمق الإشارات متساوٍ، فإن عمق الحقول الكهرومغناطيسية المتصلة بينهما وبين السلك الأرضي يكون أيضًا متساويًا، والإشارات تكون معاكسة القطب، وبالتالي الحقول الكهرومغناطيسية تلغي بعضها البعض، مما يقلل بشكل كبير من التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي. ثالثًا، تتأثر الإشارات التفاضلية بشكل أقل بنسبة الجهد العتباني إلى عمق إشارة الجهد، مما يجعلها تؤدي بشكل أفضل في نقل الإشارات ذات العمق المنخفض. يمكنها تحقيق تحديد دقيق ومستمر، مما يظهر مزايا واضحة في تطبيقات كاميرات المسح الضوئي التي تتطلب دقة عالية جدًا.

ومع ذلك، فإن الإشارات التفاضلية ليست مثالية. في حالة توفر مساحة ضيقة جدًا على لوح الدوائر، تكون هناك قيود معينة. نظرًا لأن الإشارات التفاضلية تتطلب أن تكون الخطين بنفس الطول، نفس العرض، قريبين جدًا من بعضهما البعض وعلى نفس الطبقة، عندما يكون فاصل الأطراف (pitch) للشريحة صغير جدًا بحيث يمكن فقط لسلك واحد المرور، لا يمكن استخدام الإشارات التفاضلية بشكل طبيعي. من ناحية أخرى، الإشارات أحادية النهاية، بفضل هيكلها البسيط، تكون أكثر مرونة في استغلال المساحة.

في التطبيقات العملية، مع الأخذ في الاعتبار المتطلبات العالية للكاميرات الماسحة للإشارات من حيث الاستقرار والدقة، تختار معظم كاميرات المسح الخطية حاليًا استخدام طرق اتصال الإشارة التفاضلية. لكن الإشارات ذات النهاية الواحدة لم يتم استبعادها تمامًا. في بعض السيناريوهات حيث تكون متطلبات دقة الإشارة منخفضة والبيئة الكهرومغناطيسية نسبيًا مستقرة، يمكن أن تظل قادرة على تحقيق مزاياها من حيث التكلفة المنخفضة والتصميم البسيط. فهم الخصائص والاختلافات بين الإشارات ذات النهاية الواحدة والإشارات التفاضلية له أهمية كبيرة لفهم مبدأ عمل كاميرات المسح الخطية بشكل أعمق واختيار طرق نقل الإشارات بعقلانية في سيناريوهات تطبيقية مختلفة. مع التطور المستمر للتكنولوجيا، قد تظهر في المستقبل طرق أكثر تقدمًا لنقل الإشارات. لكن في الوقت الحالي، لا تزال الإشارات ذات النهاية الواحدة والإشارات التفاضلية تلعب أدوارًا مهمة في مجالاتها الخاصة.