Trasmissione bilanciata e amplificatore differenziale

Maggio 1996
E.M.I. Shield e Grounding:
analisi applicata ai sistemi di
cablaggio strutturato
Trasmissione bilanciata e
amplificatore differenziale
Pier Luca Montessoro
[email protected]
DIFFAMP - 1
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Maggio 1996
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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
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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
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Esempio di amplificatore
differenziale
V1 = 2VA
V2 = -2VB
V4 = 2VA R/2R - 2VB R/2R = VA - VB
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Riferimento di tensione dei
segnali
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
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Riferimento di tensione dei
segnali
E2 = 0 (riferimento di tensione del ricevitore)
Supponendo trascurabile il carico
dell’amplificatore (IR1 = IR2 = 0), la tensione in
A è E1 + Esig
Esig può essere misurata rispetto a C (E2)
sottraendo VB da VA, cioè Esig = VA - VB
Agli ingressi A e B è presente un valore
medio di tensione pari a (Esig + E1 + E1)/2 =
1/2 Esig + E1. Tale valor medio non deve essere
amplificato perché contiene il termine
indesiderato E1
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Segnale di modo comune
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 (E1 - E2) tra i due riferimenti
Benché nell’esempio compaia anche parte di
Esig nel segnale di modo comune, si tratta di
un segnale disturbato da E1 (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
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Maggio 1996
Rapporto di reiezione di modo
comune (CMRR)
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 V1/V2)
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:
E G
CMRR =
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CM
Eout
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Trasmissione bilanciata
+Vs
2
0.5
-Vs
Vs
Vo=Vs
Nei sistemi di cablaggio si usa il doppino
twistato
bassa emissione di disturbi
elettromagnetici
elevata immunità ai disturbi
elettromagnetici esterni
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Trasmissione bilanciata
I
-Vs
0.5
2
Vs
+Vs
Vo=Vs
I
Conduttori vicini
Alternanza dovuta alla twistatura
Trasmissione del segnale tramite correnti
uguali ed opposte
Ridotta emissione di disturbi
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Trasmissione bilanciata
-Vs
-Vs + Vn
0.5
2
Vs
+Vs
Vs + Vn
Conduttori vicini
Alternanza dovuta alla twistatura
Amplificazione differenziale
Elevata immunità ai disturbi
DIFFAMP - 12
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Vo=Vs
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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
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