TRASMISSIONE Dati: Modo Comune, Differenziale e Linee Bilanciate/Sbilanciate
Riassunto
Il modo più efficace per trasmettere un segnale a distanza, evitando che il rumore lo alteri, è utilizzare due conduttori identici per caratteristiche geometriche ed elettriche. Questo esclude l’uso del conduttore collegato a massa, che per sua conformazione è diverso dagli altri conduttori.
La linea bilanciata è composta da due conduttori identici e isolati dalla massa. Ciascun conduttore ha una propria tensione rispetto alla massa e, al posto di queste due tensioni, è più utile considerare due nuove grandezze:
Modo differenziale: la differenza tra le tensioni dei due conduttori, che contiene l’informazione utile e risulta poco sensibile al rumore.
Modo comune: il valore medio delle due tensioni rispetto alla massa, che risulta sensibile ai disturbi esterni raccolti durante la propagazione
In trasmissione si utilizzano driver differenziali, che trasformano il segnale da sbilanciato a bilanciato, lo associano solo al modo differenziale e sopprimono già in partenza il modo comune. In ricezione si impiegano amplificatori differenziali, che estraggono l’informazione dal modo differenziale ed eliminano l’eventuale modo comune introdotto dal rumore. Il segnale ricostruito nel ricevitore viene infine nuovamente riferito alla sua massa.
Nella trasmissione dati, i concetti di modo comune e modo differenziale, uniti alle configurazioni bilanciata e sbilanciata, sono essenziali per garantire integrità del segnale e immunità ai disturbi.
Modo Comune vs. Modo Differenziale
Modo differenziale: Rappresenta la differenza di potenziale tra due conduttori, dove risiede l’informazione utile.
Modo comune: Corrisponde al valore medio dei potenziali dei due conduttori, spesso associato a rumore o tensioni parassite.
Gli amplificatori differenziali sono progettati per amplificare esclusivamente il modo differenziale, rigettando il modo comune. Questo meccanismo neutralizza molti disturbi esterni, tipicamente captati come modo comune.
Trasmissione Sbilanciata
Struttura: Due conduttori, di cui uno collegato a massa (comune a trasmettitore e ricevitore).
Criticità:
Asimmetria fisica (geometria, diametro) e elettrica tra i conduttori, che li rende suscettibili a rumori captati in modo diseguale.
Differenze di potenziale tra le masse di tx e rx, con possibile innesco di correnti indesiderate.
Esempi: Connessioni RCA, RS-232, cavi coassiali.
Trasmissione Bilanciata
Struttura: Tre punti: due conduttori (trasportano segnali simmetrici e opposti) + riferimento di massa.
Vantaggi:
Segnali differenziali con valore medio nullo, che annullano il modo comune tramite ricevitori differenziali.
Conduttori fisicamente simili (es. twisted pair), esposti uniformemente ai disturbi, migliorando l’immunità.
Esempi: RS-485, XLR (audio professionale), cavi Ethernet.
Annullamento del Modo Comune
In un sistema bilanciato ideale:
I due conduttori trasportano segnali opposti (es. +1V e -1V), con differenza pari al segnale utile (2V) e modo comune nullo.
Effetti:
Disturbi captati in modo uguale su entrambe le linee non alterano la differenza.
Riduzione delle emissioni elettromagnetiche (campi si annullano reciprocamente).
CMRR (Common Mode Rejection Ratio): Parametro chiave che misura l’efficienza nel rigettare il modo comune.
Applicazioni e Scelta Pratica
Bilanciata: Preferita per lunghe distanze, ambienti rumorosi (es. acquisizione dati di precisione, telecomunicazioni).
Sbilanciata: Adatta per corto raggio, soluzioni economiche.
Fattori decisionali: Immunità ai disturbi, costo, complessità e requisiti di prestazione.
Ottimizzazione: L’uso di driver simmetrici, twisted pair e componenti ad alto CMRR avvicina i sistemi reali al bilanciamento ideale, massimizzando l’efficienza nella trasmissione.