ラインスキャンカメラの「シグナルコード」：シングルエンド信号と差動信号の詳細分析

機械ビジョンの分野では、ラインスキャンカメラが「予知する目」のように働き、各种の物体の高精度な検出と識別という重要な任務を担っています。カメラ内部では、エンコーダーのトリガ接続方法、特にシングルエンド信号と差動信号が、カメラの性能に大きな役割を果たします。では、シングルエンド信号と差動信号とは一体何でしょうか？それらの違いや、それぞれの利点と欠点は何ですか？

伝統的で基本的な信号伝送方法として、シングルエンド信号の原理は理解しやすいです。これは、1本の信号線と1本のグランド線の組み合わせを使用して信号を伝送します。このモードでは、信号線が送信すべき信号を担い、グランド線はリファレンス電位として機能し、信号の基準を提供します。この方法は構造がシンプルで、初期の電子機器に広く使用されていました。高い集積度と比較的低い消費電力のため、市場における多くの低レベル信号はシングルエンド信号によって伝送されています。しかし、その利点をもたらす特徴が、同時に欠点も引き起こしています。シンプルな構造は明確な欠点をもたらします。シングルエンド信号は干渉に対する耐性が弱く、複雑な電磁環境では信号が容易に干渉を受け、信号歪みが発生し、装置の正常な動作に影響を与えることがあります。

シングルエンド信号とは異なり、差動伝送はより巧妙な設計概念を採用しています。差動伝送では、2本の信号線が同時に信号を伝送します。これらの2本の信号線上の信号は同じ振幅を持ちながら、位相は反対です。このユニークな伝送方法により、差動信号には多くの優れた利点があります。まず、非常に強力な抗干渉能力があります。外部干渉が発生した場合、干渉ノイズは等価かつ同時的に2本の信号線上に加えられます。元々の2本の信号線上の信号の位相は反対なので、干渉信号はお互いに打ち消し合い、受信側で得られる信号は干渉の影響を受けません。次に、差動信号は電磁干渉を効果的に抑えることができます。2本の信号線は非常に近く、信号振幅も等しく、それらとグランド線との間で誘導される電磁場の振幅も同じであり、信号極性は反対なので、電磁場がお互いに打ち消し合い、外部への電磁干渉を大幅に低減します。さらに、差動信号は閾値電圧と信号振幅電圧の比率による影響が少なく、これにより低振幅信号の伝送において優れた性能を発揮します。連続的かつ正確な位置決めを実現でき、特に極めて高い精度が必要とされるラインスキャンカメラの応用において顕著な利点を示します。

しかし、差動信号は完璧ではありません。極めて狭い回路基板のスペースの場合、特定の制限があります。差動信号は2本の線が同じ長さ、同じ幅、近くに配置され、同じ層上にある必要があるため、チップのピンピッチが非常に小さく、1本の線しか通らない場合、差動信号は正常に使用できません。一方、シングルエンド信号は構造がシンプルで、空間の利用においてより柔軟です。

実用的なアプリケーションにおいて、ラインスキャンカメラが信号の安定性と精度に対して高い要求を持つことを考慮すると、現在のほとんどのラインスキャンカメラは差動信号接続方式を使用しています。しかし、シングルエンド信号は完全に廃止されていません。信号精度に対する要求が高くなく、電磁環境が比較的安定している一部の状況では、低コストで設計がシンプルというシングルエンド信号の利点を十分に発揮することができます。シングルエンド信号と差動信号の特性や違いを理解することは、ラインスキャンカメラの動作原理を深く理解し、異なる応用シナリオで適切な信号伝送方法を選択する上で非常に重要です。技術の継続的な発展とともに、より高度な信号伝送方法が将来登場する可能性があります。しかし、現時点ではシングルエンド信号と差動信号はそれぞれの分野で重要な役割を果たしています。