Differential Line Driver ile Sinyal İletimi

  Günümüzde zorunluluk olmadığı sürece dijital sinyal kullanıyoruz ve artık analog sinyal kullanımı yok denecek kadar azaldı. Dijital sinyal kullanmanın en büyük avantajı gürültü kaynaklı sinyal bozulması konusunda analog sinyallere göre çok daha başarılı olması. Dijital sinyaller kablo üzerinde sinyal yüksek alçak şeklinde ikili sayı sistemine uygun olarak 1 ve 0 olarak arka arkaya kodlanırlar. Çoğu durumda kablo üzerinde sinyal olduğu durum 1, sinyal olmadığı durum 0 olarak kabul edilir. Burada bir kelime oyunu var... Sinyal olmadığı durumda gerçekten kablodaki herhangi bir gerilim olmamalı mı yoksa 0 volt mu olmalı...   Kablo üzerindeki sinyaller 1-0 şeklinde kodlandığına göre kodlayıcı kısımda bir anahtarlama işleminden söz etmek gerekir.

 Yukarıdaki resimde görünen yapıda bir anahtarlamada anahtar kapandığı zaman sinyal 1 (Yüksek/High) olur. Anahtar açık iken ise sinyal tanımsız olur. Bu duruma rağmen ek tedbirler ile anahtarın açık olduğu anlar 0 (alçak/Low) olarak kabul edilebilir. Bu mantıkla çalışan çıkış sinyaller "open collector" veya "open drain" olarak geçer. Ayrıca genellikle sensörlerde olmak üzere resimde olduğu gibi anahtarlama artı kutuptan yapılıyorsa yine bu tarz çıkışlara PNP, anahtarlama eksi kutuptan yapılıyorsa bu tarz çıkışlara NPN çıkış denilmektedir. Bu tabir de aslında sensörün çıkış transistörünün tipinden gelmektedir. Daha doğru ve evrensel bir kullanım "hi-side switching" ve "low-side switching" olmalıdır. 

 Eğer çift kutuplu bir anahtar kullanılır ise anahtara basıldığında sinyal hi anahtar bırakıldığında sinyal low olur. Bu tarz çıkılara ise "push-pull output" denilmektedir. 

 High Low şeklinden iletilen sinyaller alıcı tarafından yorumlanarak göndericinin ilettiği bilgiye ulaşılır. 

 Sinyal iletimi sırasında ortamdaki manyetik gürültü nedeni ile kablo üzerinde bir gerilim indüklenebilir. Bu durum kablo üzerindeki sinyalin Hi-Low durumu üzerinde tutarsızlıklara neden olur ve sinyal alıcısı gönderilen bilgiyi yanlış (genellikle tutarsız) yorumlar.  İletim frekansının yüksek olduğu uygulamalarda durum daha da vahim bir hal alır.  Differential Line Drive tekniği sinyalin manyetik gürültülerden etkilenmesini önleme amacı ile kullanılır. 

 Bu teknikte mevcut sinyale ek olarak ayrı bir kablo üzerinden eş zamanlı olarak sinyalin tersi de gönderilir. Asıl sinyalin olduğu hat (sig+) artı simgesi ile terslenik sinyal taşıyan hat (sig-) eksi simgesi ile tanımlanır. Sinyal yükseldiği anda eksi hat üzerindeki sinyal düşer, sinyal düştüğü anda ise eksi hat üzerindeki sinyal yükselir. Bu işlemi gönderici tarafta line drive devresi gerçekleştirirken alıcı tarafta ise line reciever devresi iki kablodan gönderilen sinyali yorumlayarak tekrar tek çıkış sinyali üretir. Eksi sembolü ile tanımlanan hattı yorumlamak kafa karıştırıcı olabilir. Eksi sembolü ile vurgulanmak istenen negatiflik değil tersleniklik durumudur.

 Sig(+) ve Sig(-) hatlarındaki sinyallerin durumu aynı eksen üzerinde gözlemlendiğinde iki sinyal arasında voltajın sabit olduğu görülür. Sinyal hatları üzerinde bir voltaj farkı vardır ve reciever devresi bu farka göre çıkış sinyali üretir. Zaten tekniğin adı bu voltaj farkına atıfta bulunmaktadır. 

 Manyetik gürültüler sebebi ile sinyal hatları üzerinde oluşan gürültü, hatların yan yana olması nedeni ile iki hat üzerinde eş zamanlı ve benzer bir gürültü sıçramasına neden olur. Sıçrama boyunca iki kablo üzerindeki gerilim yükselmesine rağmen aralarındaki fark sabit kalır. Line receiver devresi sinyal farkına göre çalıştığı için gönderilen sinyal bu gürültü sıçramalarından etkilenmez. 

 Bu teknik bir çok alanda kullanılmakla beraber en çok encoder çıkışlarında karışımıza çıkar. Herhangi bir ürünün sinyal çıkışlarında veya girişlerinde sinyal tanımı ile birlikte +/- ibareleri bulunuyor ise line drive akla gelmelidir. 

 Line diver devrelerinde 26LS31, line receiver devrelelerinde 26LS32 entegreleri sıklıkla kullanılır. Entegreler neredeyse hiç dış devre elemanına ihtyaç duymamasına rağmen gereklilik halinde hazır moduller de bulmak mümkündür. 

 Line receiver tarafında entegre yerine özellikle sürücülerde optokuplor de sıklıkla kullanılır. 

 Mesafenin kısa ve ortam gürültüsünün az olduğu durumlarda yukarıda sağda gösterildiği gibi difransiyel sinyalin tek hattı kullanılabilir. Örnek gösterimde (+) girişler vcc ye köprülenerek (-) girişler kullanılmıştır. (-) girişlerin gnd ye köprülenmesi ile (+) girişlerin kullanılması da mümkündür. Körüleme yöntemi sadece alıcı tarafında uygulanır. Line driver çıkışları köprülenmez. Kullanılmayan çıkışlar boş bırakılır. 

 Line driver sinyal kablolarında burgulu çiftli (twisted pair) kablolar kullanmak gerekir. Ancak burgulu kablo kullanımın mümkün olmadığı durumlarda bile line driver gürültü konusunda üstün başarı sağlar. Son olarak bu tekniğin anolog sinyallerde de uygulanabildiğini belirtelim. Ancak analog sinyallerde de gürültü bastırma konusunda yine kablolar üzerindeki fark sinyalden yararlanılmasına rağmen gönderici ve alıcı taraftaki devre yapıları farklıdır.