Hardware - Pares diferenciais

Hardware - Pares diferenciais

21/10/2017

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  Ola, leitor! Hoje vamos falar um pouco sobre pares diferenciais de transmissão de sinais.

  Um par diferencial é, basicamente, duas trilhas interligando 2 componentes. Mas o que há de tão especial nisso para merecer um artigo?

  Antigamente, as transmissões de dados num circuito eram feitas em paralelo, ou seja, várias trilhas(fios) transmitiam sinais ao mesmo tempo e, isso gerava interferência eletromagnética, já que, o sinal elétrico que percorre um fio gera um campo eletromagnético ao seu redor que pode interferir na trilha que está ao lado, fazendo com que a taxa de transferência sempre fosse baixa para evitar ao máximo um campo eletromagnético alto. Esse problema é chamado de diafonia ou também crosstalk.

  Ondas eletromagnéticas são tridimensionais, ou seja, se propagam em todas as direções e são geradas por cargas elétricas que oscilam. No caso de circuitos digitais, há o sinal de clock (onda elétrica quadrada) e os bits (pulsos elétricos) que são transferidos em velocidades altas, ocasionando o eletromagnetismo.

  Outro fator que prejudicava a transferência de dados em paralelo era o comprimento das trilhas: num circuito em que houvesse 16 trilhas transmitindo uma informação, cada trilha transmite uma parte dessa informação, portanto, todas deveriam ter o mesmo comprimento para que os dados cheguem ao mesmo tempo no receptor, o que nem sempre era possível, gerando um atraso de propagação e fazendo com que o receptor tenha que esperar a informação chegar por completo.

  Também havia outro quesito que prejudicava o desempenho: na transmissão em paralelo, o mesmo conjunto de fios podia interligar vários dispositivos, ou seja, a comunicação em paralelo era um barramento e o envio e recebimento de dados era feito pelas mesmas trilhas (comunicação half-duplex).

  Levou muito tempo para que os engenheiros percebessem que a transferência de dados em série era muito melhor e podia ser mais rápida, já que, é necessário apenas quatro trilhas: duas para envio de dados e duas para recebimento. As transmissões em série possuem duas trilhas pois há uma técnica chamada de cancelamento ou também chamada de transmissão diferencial.

  Essa técnica consiste em enviar o mesmo sinal pelas duas trilhas, mas com espelhamento. Como assim? Veja a imagem abaixo:

  Perceba que a polaridade é invertida: uma trilha envia um sinal com tensão positiva e outra envia o mesmo sinal, mas com tensão negativa. Isso é chamado de espelhamento. O sinal positivo faz um campo eletromagnético positivo ao redor da trilha enquanto o sinal negativo faz um campo eletromagnético negativo. Como as duas trilhas ficam extremamente próximas e estão levando o mesmo sinal elétrico, um campo eletromagnético anula o outro. O sinal também é comparado no receptor e qualquer diferença é tratada como um ruído (interferência) que é descartado, evitando assim corrompimento de dados e possíveis erros na transmissão.

  As transmissões em série requerem menos fios, pois podem trabalhar com uma taxa de transferência muito maior, não é necessário que todos os pares tenham o mesmo comprimento e a comunicação é do tipo full-duplex, ou seja, um par para o envio de dados e outro par para a recepção, sem falar que (quase) não há interferência eletromagnética graças a técnica de cancelamento. A transmissão de dados em série não é um barramento, pois não interliga vários dispositivos, mas sim uma conexão ponto-a-ponto interligando apenas dois dispositivos.

  Em conexões ponto-a-ponto como a PCI Express, por exemplo, há trilhas de aterramento entre os pares, para que, desta forma seja reduzido quase a zero o risco de interferências. Uma das poucas conexões em série primitivas (lá dos anos 1970 e 1980), a porta serial (conhecida como DB9 ou RS-232), não possuía a técnica de cancelamento, fazendo com que taxa de transferência fosse muito baixa, mais baixa que a taxa de barramentos. Apenas no final dos anos 90, com a chegada do padrão USB, interface DVI (transmissão digital de vídeo) e algumas outras com pares de cancelamento, que as conexões em série entraram em outro patamar.

  Exemplos de barramentos são: barramento PCI(slot PCI), barramento ISA(slot ISA), barramento PATA(Conector IDE).

 Imagem de um HD PATA com o cabo flat de 40 vias(fios).

 

Exemplos de conexões ponto-a-ponto são: PCI Express(slot PCIe); conector SATA e HyperTransport.

 

Imagem de um slot PCI Express x16(na cor laranja) e um slot PCI Express x1(na cor branca).

 

  Para entender o funcionamento de todos estes barramentos e conexões ponto-a-ponto, você deve te conhecimento de tudo o que foi apresentado neste artigo. Nos próximos artigos falaremos de cada parte de uma placa mãe de computador.

FONTES e CRÉDITOS

 

Imagens, textos e desenhos: Leonardo Ritter

Fontes: Databook do socket AM, 939 e 754; documentação técnica dos slots PCI e PCI Express; Clube do Hardware; Bóson Treinamentos.

 

Última atualização: 08 de Fevereiro de 2018.

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