Mã "Signal Code" của máy quét dòng: Phân tích chi tiết tín hiệu đơn và tín hiệu vi sai

Trong lĩnh vực thị giác máy tính, camera quét dòng hoạt động như "đôi mắt tiên tri", gánh vác nhiệm vụ quan trọng là phát hiện và nhận diện chính xác các đối tượng khác nhau. Bên trong máy ảnh, các phương pháp kết nối kích hoạt của bộ mã hóa, đặc biệt là tín hiệu đơn đầu và tín hiệu vi sai, đóng vai trò then chốt trong hiệu suất của máy ảnh. Vậy, tín hiệu đơn đầu và tín hiệu vi sai thực sự là gì? Sự khác biệt, ưu điểm và nhược điểm giữa chúng là gì?

Là một phương pháp truyền tín hiệu cơ bản và truyền thống, nguyên lý của tín hiệu đơn cực dễ hiểu. Nó sử dụng sự kết hợp giữa một đường tín hiệu và một đường đất để hoàn thành việc truyền tín hiệu. Trong chế độ này, đường tín hiệu chịu trách nhiệm truyền tải tín hiệu cần được gửi, trong khi đường đất đóng vai trò là tiềm năng tham chiếu, cung cấp chuẩn mực cho tín hiệu. Phương pháp này có cấu trúc đơn giản và đã được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử sớm. Do mức độ tích hợp cao và mức tiêu thụ điện năng tương đối thấp, phần lớn các tín hiệu cấp thấp trên thị trường đều được truyền bằng tín hiệu đơn cực. Tuy nhiên, chính đặc điểm mang lại ưu điểm của nó cũng gây ra nhược điểm. Cấu trúc đơn giản dẫn đến những nhược điểm rõ ràng. Tín hiệu đơn cực có khả năng chống nhiễu kém. Trong môi trường điện từ phức tạp, các tín hiệu dễ bị nhiễu, dẫn đến méo tín hiệu và ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của thiết bị.

Khác với tín hiệu đơn, truyền dẫn vi sai sử dụng một khái niệm thiết kế thông minh hơn. Trong truyền dẫn vi sai, hai đường dây tín hiệu được sử dụng để truyền tín hiệu đồng thời. Các tín hiệu trên hai đường dây này có biên độ bằng nhau nhưng pha ngược nhau. Phương pháp truyền tải độc đáo này trao cho tín hiệu vi sai nhiều ưu điểm nổi bật. Trước tiên, nó có khả năng chống nhiễu cực kỳ mạnh mẽ. Khi nhiễu bên ngoài xảy ra, tín hiệu nhiễu được thêm vào hai đường dây tín hiệu theo cách có giá trị bằng nhau và đồng thời. Vì các tín hiệu gốc trên hai đường dây tín hiệu có pha ngược nhau, nên các tín hiệu nhiễu triệt tiêu lẫn nhau, khiến tín hiệu nhận được ở đầu nhận không bị ảnh hưởng bởi nhiễu. Thứ hai, tín hiệu vi sai có thể ức chế hiệu quả nhiễu điện từ. Vì hai đường dây tín hiệu rất gần nhau, biên độ tín hiệu bằng nhau, biên độ của trường điện từ cảm ứng giữa chúng và dây đất cũng giống nhau, và cực tính tín hiệu ngược lại, nên các trường điện từ triệt tiêu lẫn nhau, giảm đáng kể nhiễu điện từ ra môi trường xung quanh. Thứ ba, tín hiệu vi sai ít bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ giữa điện áp ngưỡng và điện áp biên độ tín hiệu, điều này làm cho chúng hoạt động tốt hơn trong việc truyền tín hiệu có biên độ thấp. Chúng có thể đạt được định vị liên tục và chính xác, cho thấy những lợi thế rõ ràng trong ứng dụng của máy quét dòng với yêu cầu độ chính xác cực cao.

Tuy nhiên, tín hiệu differential không hoàn hảo. Trong trường hợp không gian bo mạch cực kỳ hẹp, chúng có một số hạn chế. Vì tín hiệu differential yêu cầu hai đường dây phải có độ dài bằng nhau, chiều rộng bằng nhau, cách nhau gần và nằm trên cùng một lớp, khi khoảng cách giữa các chân chip cực nhỏ và chỉ có thể đi qua một dây, tín hiệu differential không thể được sử dụng bình thường. Mặt khác, tín hiệu single-ended, với cấu trúc đơn giản, linh hoạt hơn trong việc tận dụng không gian.

Trong các ứng dụng thực tế, do yêu cầu cao về độ ổn định và chính xác của tín hiệu đối với camera quét dòng, phần lớn các camera quét dòng hiện nay chọn sử dụng phương pháp kết nối tín hiệu vi sai. Nhưng tín hiệu đơn cực chưa hoàn toàn bị loại bỏ. Trong một số tình huống mà yêu cầu về độ chính xác của tín hiệu không cao và môi trường điện từ tương đối ổn định, chúng vẫn có thể phát huy ưu điểm về chi phí thấp và thiết kế đơn giản. Hiểu rõ đặc điểm và sự khác biệt giữa tín hiệu đơn cực và vi sai có ý nghĩa rất lớn trong việc hiểu sâu nguyên lý hoạt động của camera quét dòng và lựa chọn hợp lý phương pháp truyền tín hiệu trong các tình huống ứng dụng khác nhau. Khi công nghệ tiếp tục phát triển, có thể sẽ xuất hiện những phương pháp truyền tín hiệu tiên tiến hơn trong tương lai. Nhưng hiện tại, tín hiệu đơn cực và vi sai vẫn đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực riêng của chúng.