Sinal comum e diferencial

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Muito se sabe sobre a transmissão de sinais de um lado ao outro de um circuito quando é feita de modo comum, mas o que seria o sinal em modo diferencial?

Algumas das aplicações comuns do dia-a-dia são:

barramento de memória DDR;
condução de sinais biomédicos;
cabos Ethernet;
barramento de dados USB;
cabos HDMI.

É importante só notar alguns pontos do modo comum para então irmos para o que é a grande novidade por aqui.

Modo comum

E já adianto que o nome comum, nesse contexto não é sinônimo de popular, mas sim de compartilhado.

Quando estamos levando sinais de um lado para outro, estamos também transportando algum tipo de informação

Um sinal eletrônico analógico, por exemplo, pode trazer em sua amplitude de tensão a informação de quão carregada uma bateria está. Esse sinal, por sua vez, pode ser convertido para o meio digital para ser utilizado.

Isso acontece com um voltímetro:

Nesse simples circuito, o voltímetro exibe o potencial elétrico da pilha.

E para que o instrumento de medição possa avaliar a tensão é necessário que haja o compartilhamento de um mesmo referencial.

Em outras palavras, um potencial comum.

Modo diferencial

Nesse modo o sinal é avaliado como a diferença entre os dois potenciais em questão, no caso, os terminais da pilha. Isso se difere do modo comum pois neste não é presente e nem necessário que o elemento medido tenham a mesma referência.

Em geral, esse dois circuitos com voltímetros podem ser interpretados como modo comum ou diferencial. Isso acontece devido a simplicidade do circuito criado aqui.

- Tá. Mas o que muda?

O barramento diferencial tem algumas características que trazem benefícios:

Idealmente, não possui corrente de retorno. Na prática o que acontece é uma corrente de retorno muito baixa.
Campos magnéticos subtrativos.

Com isso, no par diferencial, temos:

mais estabilidade no sinal avaliado;
menos emissões eletromagnéticas.

Em um par diferencial bem feito, o campo eletromagnético gerado pela corrente que percorre o par é anulado mutualmente. Por isso não existem correntes de retorno. Isso faz que em um condição prática haja uma brusca diminuição na emissão eletromagnética e uma imunidade a ruídos. E por isso a aplicação dessa técnica é em barramentos onde os sinais transportados requerem enorme estabilidade. Um deles é em transmissão de sinais digitais de alta frequência, na ordem de gigahertz. E do outro lado, sinais analógicos de extrema baixa amplitude, na faixa de centenas de nanovolts.

Ou seja, em sistemas robustos de transporte de sinais há de alguma forma um barramento diferencial presente.