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Differentielle Signalübertragung

Inhaltsverzeichnis

1. Analoge symmetrische Signalübertragung

Soll ein elektrisches Signal leitungsgebunden übertragen werden, sind grundsätzlich zwei Leiter notwendig, da sich eine störungsfreie Übertragung nur mit einem geschlossenen Stromkreis realisieren lässt. Bei kleinen Signalpegeln können Störsignale leicht das Nutzsignal überlagern. Eine gewisse Abhilfe bringt es, einen der Leiter auf Masse zu legen und als koaxiales Geflecht oder Folie um den anderen Leiter zu legen (z.B. Cinch-Verbindungen). Diese Ummantelung soll wie ein Faraday'scher Käfig äußere elektrische Störfelder vom eigentlichen Signalleiter abschirmen. Eine solche Abschirmung wirkt aber nicht bei niederfrequenten magnetischen oder elektromagnetischen Feldern wie sie von Motoren oder Trafos ausgehen. Diese können durch ihre Wechselfelder Störsignale in den Leiter induzieren. Auch bildet bei solchen asymmetrischen Verbindungen die Kapazität zwischen Leiter und Abschirmung einen Tiefpass, der die Bandbreite des Übertragungsweges begrenzt.

Abb. 1: Symmetrische Signalübertragung mit Differentialspannungen
Abb. 1: Symmetrische Signalübertragung mit Differentialspannungen

Um ein Signal über längere Strecke möglichst störungsfrei zu übertragen, wird oft, z.B. in der professionellen Tontechnik, eine symmetrische Signalübertragung eingesetzt. Das Grundprinzip beruht darauf, dass nicht nur ein Signal übertragen wird, sondern zusätzlich ein zweites, identisches aber invertiertes, als Referenzsignal.
Abbildung 1 zeigt ein solches Übertragungssystem. Der Verstärker V1 und der das Eingangssignal invertierende Verstärker V2, , dienen als Differentialtreiber. Sie treiben einen Strom durch den Widerstand RD, der sich im Empfänger befindet. Die Höhe des Stroms durch RD ist proportional zur Differenz der an ihm anliegenden Spannungen. Die über RD abfallende Spannung ist wiederum proportional dem Strom durch den Widerstand. Die Spannung über RD wird im Differenzverstärker VD verstärkt und steht als Ausgangsspannung zur Verfügung.
Wird durch ein außenliegendes Feld in den Leitern eine Störspannung induziert, hat sie auf beiden Leitern die gleiche Polarität. Bei der Differentialbildung können die Störspitzen in RD keinen zusätzlichen Strom erzeugen, da beide Signalspannungen sich im Gleichtakt verändern. Kein zusätzlicher Strom in RD bedeutet aber, dass sich die Störung auslöscht und nicht im Ausgangssignal vorhanden ist.

2. Übertragung von digitalen Signalen

LVDS und TMDS

Das Prinzip der differentiellen Signalübertragung mit symmetrischen Spannungen wird auch bei den wichtigsten digitalen Signalübertragungsverfahren LVDS (Low Voltage Differential Signaling) und TMDS (Transition Minimized Differential Signaling) verwendet. Diese Übertragungsverfahren bilden den physischen Unterbau für Bussysteme wie USB, HDMI, Ethernet, SATA  usw.

Die Funktionsweisen von LVDS und TMDS werden im Hauptartikel "LVDS - TMDS" detailiert beschrieben.

 

 

REFERENZEN

 

 

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