De "Signal Code" van Line Scan Camera's: Diepgaande Analyse van Enkele en Differentiële Signalen

In het gebied van machinevisie spelen lijnscancamera's de rol van "helderziende ogen", met de belangrijke taak om verschillende objecten met hoge precisie te detecteren en te identificeren. Binnen de camera spelen de triggeringsverbindingen van de encoder, vooral enkelvoudige signalen en differentiële signalen, een cruciale rol in de prestaties van de camera. Dus, wat zijn precies enkelvoudige signalen en differentiële signalen? Wat zijn de verschillen, voordelen en nadelen tussen hen?

Als een traditionele en basis methode voor signaaltransmissie is het principe van single-ended signalen eenvoudig te begrijpen. Het gebruikt een combinatie van een signaallijn en een grondlijn om de signaaloverdracht te voltooien. In deze modus is de signaallijn verantwoordelijk voor het dragen van het te versturen signaal, terwijl de grondlijn dienst doet als referentiepotentieel, een benchmark biedend voor het signaal. Deze methode heeft een eenvoudige structuur en werd breed toegepast in vroege elektronische apparaten. Vanwege zijn hoge integratieniveau en relatief lage energieverbruik worden de meeste low-level signalen op de markt nog steeds via single-ended signalen overgedragen. Toch veroorzaakt dezelfde eigenschap die zijn voordelen oplevert ook zijn nadelen. De eenvoudige structuur leidt tot duidelijke tekortkomingen. Single-ended signalen hebben een slechte weerstand tegen storingen. In complexe elektromagnetische omgevingen worden de signalen gemakkelijk gestoord, wat resulteert in signaalvervorming en invloed uitoefent op de normale werking van het apparaat.

Verschilt van enkelvoudige signalen, gebruikt differentiële overdracht een ingenieuzer ontwerpprincipe. Bij differentiële overdracht worden twee signaallijnen tegelijkertijd gebruikt om signalen te verzenden. De signalen op deze twee lijnen hebben gelijke amplitudes maar tegenovergestelde fasen. Deze unieke transmissiemethode verleent differentiële signalen vele opmerkelijke voordelen. Ten eerste heeft het een uiterst sterke weerstand tegen storingen. Wanneer externe storing optreedt, wordt de storingstorensignalen gelijkwaardig en gelijktijdig toegevoegd aan de twee signaallijnen. Aangezien de oorspronkelijke signalen op de twee signaallijnen tegenovergestelde fasen hebben, neutraliseren de storingssignalen elkaar, zodat het signaal dat wordt verkregen bij de ontvangst niet wordt beïnvloed door storing. Ten tweede kunnen differentiële signalen electromagnetische storingen effectief onderdrukken. Omdat de twee signaallijnen zeer dicht bij elkaar liggen, zijn de signaalamplitudes gelijk, evenals de amplitudes van de gekoppelde elektromagnetische velden tussen hen en de grondlijn, en de signaalpolariteiten zijn tegenovergesteld, zodat de elektromagnetische velden elkaar neutraliseren, wat de elektromagnetische storing naar buiten toe aanzienlijk verminderd. Ten derde ondervinden differentiële signalen minder invloed van het verhoudingsgetal van de drempelspanning tot de signaalampliciteitsspanning, waardoor ze beter presteren bij de overdracht van lage-amplitude signalen. Ze kunnen continue en nauwkeurige posities bereiken, wat duidelijke voordelen toont in de toepassing van lijnscancamera's met extreem hoge precisievereisten.

Differential signaal is echter niet perfect. In het geval van extreem strakke printplaatruimte hebben ze bepaagde beperkingen. Aangezien differential signalen vereisen dat de twee lijnen even lang, even breed, dicht bij elkaar en op dezelfde laag zijn, kan er niet normaal gebruikgemaakt worden van differential signalen wanneer de pin pitch van de chip extreem klein is en er slechts één draad doorheen kan. Aan de andere kant zijn enkelvoudige signalen, met hun eenvoudige structuur, ruimtelijker inzetbaar.

In praktische toepassingen, rekening houdend met de hoge eisen van lijnscan camera's voor signaalstabiliteit en nauwkeurigheid, kiezen de meeste lijnscan camera's momenteel voor het gebruik van differentiële signaalverbindingen. Maar single-ended signalen zijn nog niet volledig uitgefaseerd. In sommige scenario's waarin de eisen aan signaalg nauwkeurigheid niet hoog zijn en het elektromagnetische milieu relatief stabiel is, kunnen ze nog steeds hun voordelen van lage kosten en eenvoudige ontwerp laten gelden. Begrip van de kenmerken en verschillen tussen single-ended en differentiële signalen heeft grote betekenis voor een diepgaand begrip van het werkingsofelijk van lijnscan camera's en rationeel selecteren van signaaloverdrachtmethoden in verschillende toepassingsscenario's. Met de continue ontwikkeling van technologieën kunnen in de toekomst mogelijk meer geavanceerde signaaloverdrachtmethoden ontstaan. Maar op dit moment spelen single-ended en differentiële signalen nog steeds belangrijke rollen in hun respectievelijke velden.