Der "Signalcode" von Linienkameras: Tiefgehende Analyse von Single-Ended- und Differentialsignalen

Im Bereich der Maschinenvision übernehmen LinienScan-Kameras die Rolle von "hellsehenden Augen" und tragen die wichtige Aufgabe der hochgenauen Erkennung und Identifizierung verschiedener Objekte. Innerhalb der Kamera spielen die Auslöseverbindungen des Encoders, insbesondere Single-Ended-Signale und Differentialsignale, eine entscheidende Rolle für die Leistung der Kamera. Was genau sind also Single-Ended-Signale und Differentialsignale? Welche Unterschiede, Vorteile und Nachteile bestehen zwischen ihnen?

Als traditionelle und grundlegende Signalübertragungsmethode ist das Prinzip von Single-Ended-Signalen einfach zu verstehen. Es verwendet eine Kombination aus einer Signalleitung und einer Massleitung, um die Signalübertragung zu vollenden. In diesem Modus überträgt die Signalleitung das zu sendende Signal, während die Massleitung als Referenzpotential dient und einen Maßstab für das Signal bereitstellt. Diese Methode hat eine einfache Struktur und wurde in frühen elektronischen Geräten weit verbreitet eingesetzt. Aufgrund ihres hohen Integrationsgrades und relativ geringen Energieverbrauchs werden die meisten Niveau-Signale auf dem Markt mittels Single-Ended-Signalen übertragen. Allerdings verursacht genau diese Eigenschaft, die ihre Vorteile mit sich bringt, auch ihre Nachteile. Die einfache Struktur führt zu offensichtlichen Nachteilen. Single-Ended-Signale haben eine schlechte Störfestigkeit. In komplexen elektromagnetischen Umgebungen werden die Signale leicht gestört, was zu Signalverzerrungen führt und den normalen Betrieb des Geräts beeinträchtigt.

Unterschiedlich von Single-Ended-Signalen verwendet die differentialsignale Übertragung ein schlauer konzipiertes Design. Bei der differentialsignale Übertragung werden zwei Signal-leitungen gleichzeitig zum Senden von Signalen genutzt. Die Signale auf diesen beiden Leitungen haben gleiche Amplituden, aber gegensätzliche Phasen. Diese einzigartige Übertragungsmethode verleiht den differentialsignalen viele bemerkenswerte Vorteile. Erstens besitzt sie eine extrem starke Störfestigkeit. Wenn externe Störungen auftreten, wird das Störgeräusch in gleicher Höhe und gleichzeitig auf die beiden Signal-leitungen übertragen. Da die ursprünglichen Signale auf den beiden Signal-leitungen gegensätzliche Phasen haben, heben sich die Störungen gegenseitig auf, sodass das am Empfangsende erhaltene Signal nicht durch Störungen beeinträchtigt wird. Zweitens können differentialsignale elektromagnetische Störungen effektiv unterdrücken. Da die beiden Signal-leitungen sehr nah beieinander liegen, sind die Signal-amplituden gleich, die Amplituden der gekoppelten elektromagnetischen Felder zwischen ihnen und der Erd-leitung sind ebenfalls identisch, und die Signal-polaritäten sind entgegengesetzt, so dass sich die elektromagnetischen Felder gegenseitig aufheben und die elektromagnetische Störung nach außen hin stark reduziert wird. Drittens sind differentialsignale weniger empfänglich für das Verhältnis von Schwellenspannung zu Signal-amplitudenspannung, was dazu führt, dass sie bei der Übertragung von Niedrig-Amplituden-Signalen besser abschneiden. Sie können kontinuierlich und genau positionieren, was offensichtliche Vorteile in der Anwendung von Linienscan-Kameras mit äußerst hohen Präzisionsanforderungen zeigt.

Differentialsignale sind jedoch nicht perfekt. Bei extrem engem Platz auf dem Schaltkreisbrett haben sie bestimmte Einschränkungen. Da Differentialsignale erfordern, dass die beiden Leitungen gleich lang, gleich breit, dicht beieinander und auf der gleichen Schicht liegen, können sie bei extrem kleinem Pinabstand eines Chips, bei dem nur eine Leitung durchgehen kann, nicht normal verwendet werden. Andererseits bieten Single-Ended-Signale aufgrund ihrer einfachen Struktur mehr Flexibilität bei der Platznutzung.

In praktischen Anwendungen, bei der hohen Anforderung an die Signalstabilität und -genauigkeit von Linienkameras, verwenden die meisten aktuellen Linienkameras Differentialsignalverbindungen. Single-Ended Signale wurden jedoch nicht vollständig ausgemustert. In einigen Szenarien, in denen die Anforderungen an die Signalgenauigkeit gering sind und das elektromagnetische Umfeld relativ stabil ist, können sie ihre Vorteile von niedrigen Kosten und einfacherem Design weiterhin zur Geltung bringen. Ein Verständnis der Eigenschaften und Unterschiede zwischen Single-Ended und Differentialsignalen ist von großer Bedeutung für ein tiefgründiges Verständnis des Funktionsprinzips von Linienkameras und eine rationale Auswahl von Signalübertragungsverfahren in verschiedenen Anwendungsszenarien. Mit dem kontinuierlichen technologischen Fortschritt könnten in Zukunft fortschrittlichere Signalübertragungsverfahren auftauchen. Derzeit spielen Single-Ended und Differentialsignale jedoch weiterhin wichtige Rollen in ihren jeweiligen Bereichen.