El "Código de Señal" de las Cámaras de Escaneo Lineal: Análisis en Profundidad de Señales Simples y Diferenciales

En el campo de la visión artificial, las cámaras de escaneo lineal actúan como "ojos clarividentes", asumiendo la importante tarea de la detección y la identificación de alta precisión de diversos objetos. Dentro de la cámara, los métodos de conexión de disparo del codificador, especialmente señales simples y diferenciales, juegan un papel crucial en el rendimiento de la cámara. Entonces, ¿qué son exactamente las señales simples y diferenciales? ¿Cuáles son las diferencias, ventajas y desventajas entre ellas?

Como un método tradicional y básico de transmisión de señales, el principio de las señales de un solo extremo es fácil de entender. Utiliza una combinación de una línea de señal y una línea de tierra para completar la transmisión de la señal. En este modo, la línea de señal se encarga de transportar la señal a transmitir, mientras que la línea de tierra sirve como potencial de referencia, proporcionando un punto de referencia para la señal. Este método tiene una estructura simple y fue ampliamente utilizado en los dispositivos electrónicos tempranos. Debido a su alto nivel de integración y relativamente bajo consumo de energía, la mayoría de las señales de nivel bajo en el mercado se transmiten utilizando señales de un solo extremo. Sin embargo, la misma característica que trae sus ventajas también causa sus desventajas. La estructura simple conduce a notorias desventajas. Las señales de un solo extremo tienen una pobre capacidad anti-interferencia. En entornos electromagnéticos complejos, las señales son fácilmente interferidas, lo que resulta en distorsión de la señal y afecta el funcionamiento normal del dispositivo.

Diferente de las señales de un solo extremo, la transmisión diferencial adopta un concepto de diseño más ingenioso. En la transmisión diferencial, se utilizan dos líneas de señal para transmitir señales simultáneamente. Las señales en estas dos líneas tienen amplitudes iguales pero fases opuestas. Este método de transmisión único otorga a las señales diferenciales muchas ventajas notables. Primero, tiene una capacidad anti-interferencia extremadamente fuerte. Cuando ocurre interferencia externa, la señal de interferencia se añade a las dos líneas de señal de manera simultánea y con valores iguales. Dado que las señales originales en las dos líneas de señal tienen fases opuestas, las señales de interferencia se cancelan entre sí, de modo que la señal obtenida en el extremo receptor no se ve afectada por la interferencia. Segundo, las señales diferenciales pueden suprimir eficazmente la interferencia electromagnética. Debido a que las dos líneas de señal están muy cerca una de la otra, las amplitudes de las señales son iguales, las amplitudes de los campos electromagnéticos acoplados entre ellas y la línea de tierra también son las mismas, y las polaridades de las señales son opuestas, por lo que los campos electromagnéticos se cancelan entre sí, reduciendo considerablemente la interferencia electromagnética al exterior. Tercero, las señales diferenciales se ven menos afectadas por la relación entre el voltaje umbral y la amplitud de la señal, lo que las hace funcionar mejor en la transmisión de señales de baja amplitud. Pueden lograr un posicionamiento continuo y preciso, mostrando ventajas obvias en la aplicación de cámaras de barrido lineal con requisitos de precisión extremadamente altos.

Sin embargo, las señales diferenciales no son perfectas. En el caso de un espacio extremadamente ajustado en la placa de circuito, tienen ciertas limitaciones. Dado que las señales diferenciales requieren que las dos líneas tengan la misma longitud, el mismo ancho, estén espaciadas de cerca y se encuentren en la misma capa, cuando el pitch de los pines del chip es extremadamente pequeño y solo puede pasar un cable, las señales diferenciales no pueden usarse normalmente. Por otro lado, las señales single-ended, con su estructura simple, son más flexibles en cuanto a la utilización del espacio.

En aplicaciones prácticas, considerando los altos requisitos de estabilidad y precisión de señal de las cámaras de escaneo de línea, la mayoría de las cámaras de escaneo de línea actuales eligen utilizar métodos de conexión de señales diferenciales. Pero las señales de un solo extremo no han sido completamente eliminadas. En algunos escenarios donde los requisitos de precisión de la señal no son altos y el entorno electromagnético es relativamente estable, aún pueden aprovecharse plenamente sus ventajas de bajo costo y diseño simple. Comprender las características y diferencias entre señales de un solo extremo y diferenciales es de gran importancia para entender profundamente el principio de funcionamiento de las cámaras de escaneo de línea y seleccionar racionalmente métodos de transmisión de señales en diferentes escenarios de aplicación. Con el desarrollo continuo de la tecnología, podrían surgir en el futuro métodos de transmisión de señales más avanzados. Pero por ahora, las señales de un solo extremo y diferenciales aún desempeñan roles importantes en sus respectivos campos.