سیگنال دیفرانسیلی

برای درک زوج دیفرانسیلی یا زوج تفاضلی ابتدا باید سیگنال دیفرانسیلی را درک کنید. سیگنال دیفرانسیلی تکنیکی برای انتقال داده های الکتریکی با استفاده از دو سیگنال مکمل است.

جفت هادی عبور دهنده سیگنال در بیرون از برد مدار چاپی به صورت جفت سیم های پیچیده به هم (twisted pair) هستند و در روی برد مدار چاپی pcb کنار هم و چسبیده به هم عبور می کنند. مدار دریافت کننده این نوع سیگنال ها به اختلاف الکتریکی بین دو هادی توجه می کند و اختلاف ولتاژ هرکدام از این هادی ها با زمین اهمیتی ندارد.

سیستم زوج تفاضلی بدین صورت است که سیگنال به یک جفت حامل منتقل می‌شود، یکی از جفت حامل‌ها سیگنال‌ و دیگری تصویر سیگنال (سیگنال به صورت معکوس) را منتقل می‌کند. همانطور که گفته شد، زوج تفاضلی به اختلاف الکتریکی بین دو حامل توجه می‌کند و اختلاف ولتاژ هر حامل نسبت به زمین اهمیتی ندارد.

سیگنال دیفرانسیلی نیز مانند دیگر سیگنال‌ها ذاتاً از نویز الکتریکی مصون نیست ولی یکی از مزیت‌های مهم آن این است که، تداخل الکترومغناطیسی (EMI) حاصل از جفت سیگنال را به حداقل می‌رساند که این موضوع به دلیل انتقال تصویر سیگنال توسط یکی از زوج سیگنال‌ ها حاصل می‌شود. در بسیاری از پروتکل‌ها از جمله USB ، میکروفون ، هدفون و … از سیگنال دیفرانسیلی استفاده می‌شود.

​

سیگنال دیفرانسیلی – زوج دیفرانسیلی

مزایای استفاده از سیگنال دیفرانسیلی

• به حداقل رساندن تداخل الکترونیکی
• تضعیف تداخل الکترو مغناطیسی
• کاهش انتشار نویز و پذیرش نویز
• بهبود نسبت سیگنال به نویز
• جداسازی موثر از سیستم های قدرت

به دلیل این مزایا در بسیاری از پروتکل های ارتباطی مانند Ethernet و در انتقال سیگنال های ضعیف ابزار دقیق و مخابراتی استفاده می شود.

قوانین مهم در استفاده از زوج دیفرانسیلی ( زوج تفاضلی )

• طول هر دو مسیر باید برابر باشد: این مورد در انتقال سیگنال های RF از اهمیت زیادی برخوردار است.
• سیگنال دیفرانسیلی تقارن باید داشته باشند.
• با پهنای یکسان مسیرکشی شوند.
• کنار یکدیگر مسیرکشی شوند.
• حتماً از لحاظ لایه و تغییر لایه با شرایط یکسان مسیرکشی شوند.

زوج دیفرانسیلی در آلتیوم دیزاینر

در پروژه تست آلتیوم دیزاینر قصد داریم یک زوج دیفرانسیلی را از یک کانکتور دریافت کرده و به ورودی یک آی سی برسانیم. برای این کار ابتدا باید برای سیگنال های دیفرانسیلی Net مشخص کنیم و مانند تصویر زیر، تنها تفاوت این نت ها باید در P_ و N_ باشد.

​

سیگنال دیفرانسیلی – زوج دیفرانسیلی

سپس روی یکی از Wire دوبار کلیک کرده و از مسیری که در تصویر زیر مشاهده می شود گزینه Differential Pair را انتخاب می کنیم. و مانند تصویر زیر نشان Differential Pair را روی Wire ها قرار می دهیم.

​

تعریف زوج دیفرانسیلی در آلتیوم

​

سیگنال دیفرانسیلی – زوج دیفرانسیلی

پس از Update PCB، روی یکی از پد ها کلیک می کنیم و با انتخاب گزینه Interactive Differential Pair Routing زوج تفاضلی را رسم می کنیم. این مرحله از کار نیز در تصویر زیر مشاهده می شود.

​

سیگنال دیفرانسیلی – زوج دیفرانسیلی -زوج تفاضلی

​

انتقال شماتیک به PCB در آلتیوم دیزاینر

مراحل انتقال شماتیک به PCB

مرحله اول : بررسی فوت پرینت قطعات

مرحله اول در انتقال شماتیک به محیط PCB، بررسی فوت پرینت های اختصاص داده شده به قطعات است. در مورد فوت پرینت و با مفهوم آن آشنا هستیم.

به عنوان یادآوری فوت پرینت نشان دهنده ی ابعاد قطعه و فرم قرار گیری پایه های قطعات در کناریکدیگر است که دانستن آن برای طراحی برد مدار چاپی لازم است.

معمولا قطعات پرکاربرد به صورت پیشفرض دارای فوت پرینت هستند و تنها باید از بین فوت پرینت های متعددی که توسط نرم افزار ارائه می شود، فوت پرینت مناسب را انتخاب کنیم. با توجه به این مطلب پیشنهاد می شود قبل از طراحی برد مدار چاپی، قطعاتی که می خواهیم در طراحی استفاده کنیم را خریداری کرده و با مطالعه دیتاشیت آنها، از جزئیات ابعاد و فاصله ی پایه ها به طور دقیق اطلاع حاصل کنیم.

به منظور بررسی فوت پرینت قطعات یا اختصاص فوت پرینت جدید، روش های متعددی وجود دارد. ساده ترین روش، بررسی فوت پرینت در مشخصات قطعه است. به این منظور دو بار بر روی قطعه مورد نظر کلیک می کنیم تا پنجره component properties باز شود :

شکل بالا مربوط به مشخصات آی سی 7805 است. در سمت راست پایین این پنجره، در بخشی که با شماره 1 مشخص شده است، در بخش name نام فوت پرینت تخصیص داده شده به قطعه نوشته شده است.

برای مشاهده و یا تغییر فوت پرینت دکمه edit را انتخاب می کنیم و برای اضافه کردن فوت پرینت به قطعه (در صورت نداشتن فوت پرینت به صورت پیشفرض) از دکمه Add استفاده می کنیم. با کلیک بر روی دکمه Edit ، پنجره PCB Model مطابق شکل زیر باز می شود :

در قمست پایین پنجره، فوت پرینت TO-220 که فوت پرینتی رایج و متداول است را مشاهده می کنید. این شکل را می توانید به آی سی موجود که میخواهید طراحی را با آن انجام دهید مقایسه کنید.

برای تغییر دادن فوت پرینت، گزینه Any را مطابق شکل انتخاب کرده و دکمه Browse را می زنیم، در اینصورت پنجره Browse Libraries مطابق شکل زیر باز می شود :

در این پنجره در بخش Libraries می توانید کتابخانه مورد نظر را انتخاب کنید، در اینصورت می توانید فوت پرینت های موجود در آن کتابخانه را مشاهده کرده و فوت پرینت مناسب برای قطعه خود را انتخاب کنید. همچنین در صورتی که نام فوت پرینت مورد نظر را (یا بخشی از آن را) می دانید، می توانید برای جست و جوی سریع تر در از دکمه Find استفاده کنید.  به این ترتیب، فوت پرینت همه ی قطعات را بررسی کنید و تغییرات لازم را اعمال کنید.

مرحله دوم : بررسی شناسه قطعات

 نکته بسیار مهم در مورد شناسه، منحصر به فرد بودن آن برای قطعات است، به عنوان مثال برای مقاومت ها باید شناسه ها به ترتیب برابر R1,R2R3  و یا برای خازن ها C1,C2,C3 باشد و در صورت تکراری بودن، نرم افزار این مشکل را به شما اطلاع می دهد.

مرحله سوم : کامپایل شماتیک

برای اطمینان از صحت طراحی شماتیک، بهتر است شماتیک را کامپایل کنیم.

مرحله چهارم: بازبینی شماتیک

این مرحله غیر رسمی به عنوان پیشنهاد است که حتما قبل از انتقال شماتیک به PCB ، شماتیک خود را از نظر اتصالات، پایه قطعات و… بررسی کنید، زیرا در صورت وجود خطا در طراحی شماتیک، در مرحله طراحی برد مدار چاپی متوجه آن نخواهید شد و در نهایت با ساخت مدار متوجه آن خواهید شد!

مرحله پنجم (نهایی) : انتقال شماتیک به PCB

برای انتقال شماتیک به محیط طراحی برد مدار چاپی،  ابتدا فایل مربوط به PCB و پروژه را می سازیم و فایل شماتیک و PCB را درون پروژه قرار می دهیم و همه ی فایل ها را در مکانی مناسب save می کنیم. سپس از منوی Design در محیط شماتیک، گزینه Update PCB… را مطابق شکل انتخاب می کنیم :

پنجره Engineering change order مطابق شکل زیر باز می شود:

این پنجره نکات زیادی دارد که در جلسه بعدی در مورد آن توضیح می دهیم. در این قسمت، کافی است گزینه Execute Change را انتخاب کنید. در اینصورت به صورت خودکار به محیط PCB منتقل می شویم.