รหัส "Signal Code" ของกล้อง Line Scan: การวิเคราะห์อย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับสัญญาณแบบ Single-Ended และ Differential

ในด้านวิสัยทัศน์ของเครื่องจักร กล้องไลน์สแกนทำหน้าที่เหมือน "ดวงตาที่มองล่วงหน้าได้" โดยรับผิดชอบงานตรวจจับและระบุวัตถุต่างๆ ด้วยความแม่นยำสูง ในกล้อง วิธีการเชื่อมต่อทริกเกอร์ของเอนคอดเดอร์ โดยเฉพาะสัญญาณแบบปลายเดียว (single-ended) และสัญญาณแบบแตกต่าง (differential) มีบทบาทสำคัญต่อประสิทธิภาพของกล้อง แล้ว สัญญาณแบบปลายเดียวและสัญญาณแบบแตกต่างคืออะไรกันแน่? ความแตกต่าง ข้อดี และข้อเสียระหว่างทั้งสองประเภทมีอะไรบ้าง?

เมื่อพิจารณาถึงวิธีการส่งสัญญาณแบบดั้งเดิมและพื้นฐาน หลักการทำงานของสัญญาณแบบ single-ended นั้นเข้าใจได้ง่าย มันใช้การรวมกันระหว่างสายสัญญาณเส้นเดียวและสายกราวด์เพื่อดำเนินการส่งสัญญาณ ในโหมดนี้ สายสัญญาณจะทำหน้าที่ในการนำสัญญาณที่ต้องการส่ง ส่วนสายกราวด์จะทำหน้าที่เป็นศักย์อ้างอิง โดยให้เกณฑ์สำหรับสัญญาณ วิธีการนี้มีโครงสร้างที่เรียบง่าย และเคยถูกใช้อย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยุคแรกๆ เนื่องจากมีระดับการผสานรวมสูงและใช้พลังงานค่อนข้างต่ำ จึงมีสัญญาณระดับต่ำส่วนใหญ่ในตลาดที่ถูกส่งผ่านสัญญาณแบบ single-ended อย่างไรก็ตาม คุณลักษณะที่นำมาซึ่งข้อดีนั้นยังเป็นสาเหตุของข้อเสียเช่นกัน โครงสร้างที่เรียบง่ายนำไปสู่ข้อเสียที่ชัดเจน สัญญาณแบบ single-ended มีความสามารถต้านทานการรบกวนต่ำ เมื่ออยู่ในสภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้าที่ซับซ้อน สัญญาณสามารถถูกรบกวนได้ง่าย ซึ่งอาจทำให้เกิดความผิดเพี้ยนของสัญญาณและส่งผลกระทบต่อการปฏิบัติงานปกติของอุปกรณ์

แตกต่างจากสัญญาณแบบเดี่ยว สัญญาณการถ่ายโอนแบบดิฟเฟอร์เรนเชียลมีการออกแบบแนวคิดที่ชาญฉลาดยิ่งขึ้น ในกระบวนการถ่ายโอนแบบดิฟเฟอร์เรนเชียล จะใช้สายสัญญาณสองเส้นในการส่งสัญญาณพร้อมกัน โดยสัญญาณบนสายทั้งสองจะมีความเข้มเท่ากัน แต่มีเฟสตรงข้ามกัน วิธีการถ่ายโอนสัญญาณแบบพิเศษนี้ทำให้สัญญาณดิฟเฟอร์เรนเชียลมีข้อได้เปรียบที่โดดเด่นหลายประการ ก่อนอื่น มันมีความสามารถในการต้านทานการรบกวนอย่างยอดเยี่ยม เมื่อมีการรบกวนจากภายนอก เสียงรบกวนจะถูกเพิ่มไปยังสายสัญญาณทั้งสองในเวลาเดียวกันและมีค่าเท่ากัน เนื่องจากสัญญาณต้นฉบับบนสายทั้งสองมีเฟสตรงข้ามกัน สัญญาณรบกวนจึงยกเลิกกันเอง ทำให้สัญญาณที่ได้รับปลายทางไม่ได้รับผลกระทบจากการรบกวน นอกจากนี้ สัญญาณดิฟเฟอร์เรนเชียลยังสามารถลดการรบกวนของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากสายสัญญาณทั้งสองอยู่ใกล้กันมาก ความเข้มของสัญญาณเท่ากัน และสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากการรวมตัวระหว่างสายสัญญาณและสายพื้นดินมีขนาดเท่ากันและขั้วตรงข้ามกัน ทำให้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเหล่านี้ยกเลิกกันเอง ลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าต่อสิ่งแวดล้อมลงอย่างมาก อีกทั้ง สัญญาณดิฟเฟอร์เรนเชียลยังได้รับผลกระทบจากอัตราส่วนของแรงดันหน้าผ่านกับความเข้มของสัญญาณน้อยกว่า ซึ่งทำให้การทำงานดีขึ้นเมื่อส่งสัญญาณที่มีความเข้มต่ำ นอกจากนี้ยังสามารถระบุตำแหน่งได้อย่างต่อเนื่องและแม่นยำ แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในงานของกล้องสแกนไลน์ที่มีความต้องการความแม่นยำสูง

อย่างไรก็ตาม สัญญาณแบบดิฟเฟอร์เรนเชียลไม่สมบูรณ์แบบ ในกรณีที่พื้นที่ของแผงวงจรจำกัดมาก สิ่งเหล่านี้มีข้อจำกัดบางประการ เนื่องจากสัญญาณแบบดิฟเฟอร์เรนเชียลต้องการให้เส้นสองเส้นมีความยาวเท่ากัน ความกว้างเท่ากัน ห่างกันอย่างใกล้ชิด และอยู่บนเลเยอร์เดียวกัน เมื่อช่องว่างระหว่างขาของชิปเล็กมากจนมีเพียงสายเดียวที่สามารถผ่านได้ สัญญาณแบบดิฟเฟอร์เรนเชียลจะไม่สามารถใช้งานได้อย่างปกติ ในทางกลับกัน สัญญาณแบบซิงเกิล-เอนด์ มีโครงสร้างที่ง่ายและยืดหยุ่นกว่าในแง่ของการใช้พื้นที่

ในงานประยุกต์ใช้งานจริง โดยพิจารณาถึงความต้องการสูงของกล้องสแกนไลน์สำหรับเสถียรภาพและความแม่นยำของสัญญาณ ปัจจุบันกล้องสแกนไลน์ส่วนใหญ่มักเลือกใช้วิธีการเชื่อมต่อสัญญาณแบบดิฟเฟอรเรนเชียล แต่สัญญาณแบบซิงเกิล-เอนด์ยังไม่ได้ถูกกำจัดออกไปอย่างสมบูรณ์ ในบางสถานการณ์ที่ความต้องการในเรื่องความแม่นยำของสัญญาณไม่สูงและสภาพแวดล้อมทางแม่เหล็กไฟฟ้าค่อนข้างมั่นคง สัญญาณแบบซิงเกิล-เอนด์ยังสามารถแสดงศักยภาพของต้นทุนต่ำและการออกแบบที่ง่ายได้อย่างเต็มที่ การเข้าใจถึงลักษณะและความแตกต่างระหว่างสัญญาณแบบซิงเกิล-เอนด์และดิฟเฟอรเรนเชียลมีความสำคัญอย่างมากในการทำความเข้าใจหลักการทำงานของกล้องสแกนไลน์และการเลือกวิธีการส่งสัญญาณอย่างเหมาะสมในสถานการณ์ต่างๆ ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยี อาจมีวิธีการส่งสัญญาณที่ล้ำหน้ามากขึ้นในอนาคต แต่ในปัจจุบัน สัญญาณแบบซิงเกิล-เอนด์และดิฟเฟอรเรนเชียลยังคงมีบทบาทสำคัญในสาขาของตนเอง