En la imagen podemos ver que el ruido en el sistema se elimina en el comparador, ya que al sumar las dos señales, una compensa a la otra y el ruido común en ambas se cancela. Antes de profundizar en la teoría de los pares diferenciales, es útil repasar brevemente cómo se pueden generar.

Tipos de pares diferenciales

Los pares diferenciales pueden surgir en un PCB de dos maneras: analizaremos esto desde dos perspectivas: primero, considerando el sistema como dos líneas de transmisión con un extremo compartido, y segundo, como un único par diferencial. En el primer enfoque, tratamos dos líneas de transmisión adyacentes, mientras que en el segundo, consideramos el par como un conjunto.

Esto se debe a que las líneas de transmisión de datos están eléctricamente acopladas, lo que nos lleva a examinar los diferentes modos de acoplamiento: el modo común y el modo diferencial.

Así, debemos considerar las señales diferenciales y en modo común, así como la impedancia de las líneas en ambos modos. Es necesario analizar las líneas individualmente y en conjunto.

Tipos de acoplamientos: Modo diferencial y modo común

Antes de profundizar más en la teoría de pares diferenciales, hagamos un breve repaso sobre los tipos de acoplamiento. Imaginemos una fuente, dos líneas de transmisión y una fuente de ruido.

Cuando enviamos datos a través de una línea y el retorno se realiza por la línea adyacente, estamos en modo diferencial. Si el acoplamiento es perfecto, la fuente de ruido se cancela y las señales, al pasar por el elemento pasivo, se desfasarán 180 grados una respecto a la otra, lo que hará que la suma vectorial sea nula y el acoplamiento sea óptimo.

Si el acoplamiento no es perfecto, el sistema generará ruido en modo diferencial debido a un mal acoplamiento de las líneas de transmisión o a problemas en el camino de retorno del lazo de corriente.

En el modo común, los datos se inyectan en ambas líneas, pero desfasados 180 grados. Si la suma de estas señales no es nula, no habrá cancelación del ruido, lo que resultará en un mal acoplamiento en modo común. Comprender uno de los acoplamientos facilita el entendimiento del otro, ya que son opuestos; el modo común es la ausencia del modo diferencial.

Tipos de modos de transmisión de datos: modo par y modo impar

Los modos par e impar en un par diferencial indican la dirección de transmisión en ambas líneas y el tipo de acoplamiento. En el modo impar, ambas líneas transmiten en la misma dirección con un desfase entre ellas, lo que corresponde al acoplamiento en modo común. En el modo par, cada línea transmite la misma información, pero en direcciones opuestas.

Hablar de modo par e impar es equivalente a hablar de modo común y diferencial en un par diferencial. Cada modo implica un camino de retorno diferente para la corriente y el campo eléctrico generado, lo que constituye un desafío en el diseño de pares diferenciales.

La impedancia en un par diferencial

Para un diseñador de PCB, es crucial ajustar adecuadamente la impedancia del par diferencial para minimizar ambos tipos de acoplamiento. Por lo tanto, conocer el modo de transmisión (par o impar) es fundamental, ya que influye en la impedancia común del par.

Si el acoplamiento es perfecto, la impedancia del par diferencial será la suma de las impedancias de cada línea de transmisión. Por ejemplo, para obtener un par diferencial de 100 Ω, cada línea debe diseñarse con una impedancia de 50 Ω, como si fuera de “single-end”.

Sin embargo, si el acoplamiento no es perfecto, lo cual es lo más común, se deben considerar ciertas restricciones según el tipo de comunicación (par o impar). Simplificamos el sistema usando el siguiente circuito: