Trasmissione bilanciata e amplificatore differenziale

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1 E.M.I. Shield e Grounding: analisi applicata ai sistemi di cablaggio strutturato Trasmissione bilanciata e amplificatore differenziale Pier Luca Montessoro pierluca.montessoro@diegm.uniud.it DIFFAMP - 1 Copyright: si veda nota a pag. 2

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3 Perché è importante In generale permette di separare logicamente e fisicamente i problemi di continuità dei conduttori che trasportano il segnale e continuità degli schermi, dei conduttori di ritorno e dei collegamenti di terra Nei sistemi di cablaggio, inoltre, consente di utilizzare doppini twistati con schermature ridotte o non schermati affatto DIFFAMP - 3 Copyright: si veda nota a pag. 2

4 Perché solo adesso? L utilizzo diffuso di trasmissione bilanciata e amplificazione differenziale nelle reti di calcolatori ad alta velocità è abbastanza recente. Le ragioni sono principalmente tecnologiche: possibilità di realizzare doppini non schermati a geometria estremamente regolare possibilità di realizzare a costi contenuti amplificatori differenziali con ottime caratteristiche in grado di lavorare a frequenze elevate DIFFAMP - 4 Copyright: si veda nota a pag. 2

5 Esempio di amplificatore differenziale V 1 = 2V A V 2 = -2V B V 4 = 2V A R/2R - 2V B R/2R = V A - V B DIFFAMP - 5 Copyright: si veda nota a pag. 2

6 Riferimento di tensione dei segnali Maggio 1996 La trasmissione di segnali mediante mezzi trasmissivi elettrici comporta l osservazione di segnali generati da sorgenti con una tensione di riferimento spesso diversa da quella del ricevitore DIFFAMP - 6 Copyright: si veda nota a pag. 2

7 Riferimento di tensione dei segnali Maggio 1996 E 2 = 0 (riferimento di tensione del ricevitore) Supponendo trascurabile il carico dell amplificatore (I R1 = I R2 = 0), la tensione in A è E 1 + E sig E sig può essere misurata rispetto a C (E 2 ) sottraendo V B da V A, cioè E sig = V A - V B Agli ingressi A e B è presente un valore medio di tensione pari a (E sig + E 1 + E 1 )/2 = 1/2 E sig + E 1. Tale valor medio non deve essere amplificato perché contiene il termine indesiderato E 1 DIFFAMP - 7 Copyright: si veda nota a pag. 2

8 Segnale di modo comune Maggio 1996 E` il valor medio dei segnali ai due ingressi di un amplificatore differenziale Nell esempio è dovuto all utilizzo di un sistema sbilanciato, ed ad una tensione di disturbo (E 1 - E 2 ) tra i due riferimenti Benché nell esempio compaia anche parte di E sig nel segnale di modo comune, si tratta di un segnale disturbato da E 1 (che potrebbe anche non essere costante), e quindi va eliminato Spesso i segnali di disturbo hanno ampiezza superiore ai segnali utili di alcuni ordini di grandezza DIFFAMP - 8 Copyright: si veda nota a pag. 2

9 Rapporto di reiezione di modo comune (CMRR) DIFFAMP - 9 Copyright: si veda nota a pag. 2 Maggio 1996 E` definito come rapporto tra il segnale di modo comune in ingresso e la quantità di tale segnale che viene inevitabilmente amplificata dall amplificatore differenziale Si misura in decibel (db = 20 log V 1 /V 2 ) E` un fattore di merito dell amplificatore differenziale Poiché gli effetti dell amplificazione di segnali non desiderati vengono misurati all uscita, si riconduce tale segnale all ingresso dividendo per il guadagno: CMRR E G CM = E out

10 Trasmissione bilanciata 2 +V s 0.5 V s -V s V o =V s Nei sistemi di cablaggio si usa il doppino twistato bassa emissione di disturbi elettromagnetici elevata immunità ai disturbi elettromagnetici esterni DIFFAMP - 10 Copyright: si veda nota a pag. 2

11 Trasmissione bilanciata I 2 -V s 0.5 V s +V s I V o =V s Conduttori vicini Alternanza dovuta alla twistatura Trasmissione del segnale tramite correnti uguali ed opposte Ridotta emissione di disturbi DIFFAMP - 11 Copyright: si veda nota a pag. 2

12 Trasmissione bilanciata 2 -V s -V s + V n 0.5 V s +V s V s + V n V o =V s Conduttori vicini Alternanza dovuta alla twistatura Amplificazione differenziale Elevata immunità ai disturbi DIFFAMP - 12 Copyright: si veda nota a pag. 2

13 Trasmissione bilanciata Perché valgano le considerazioni precedenti è necessario: che il cavo presenti un elevata regolarità nei parametri fisici e geometrici, in particolare per quanto riguarda la simmetria dei due conduttori della coppia che l amplificatore differenziale presenti un elevato rapporto di CMRR alle frequenze del segnale utile DIFFAMP - 13 Copyright: si veda nota a pag. 2