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¿Qué significa línea de transmisión balanceada?

Pregunta sencilla, ¿qué significa tener una línea de transmisión (RS-485 en mi caso) balanceada vs desbalanceada?

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aryeh Puntos 1594

Las dos líneas de señal están reflejadas alrededor de un punto de referencia central, a menudo pero no necesariamente tierra. Cuando una está 'arriba' en relación al punto de referencia, la otra está ':abajo' por la misma cantidad. El nivel medio es siempre cero en relación al punto de referencia.

En un sistema digital, el controlador aplica +v/-V por ejemplo para el 1 lógico y -V/+V para el 0 lógico.

Esto se compara con un sistema no balanceado donde una línea puede ser considerada la referencia (a menudo tierra) y la otra oscila en relación a ella. Por ejemplo, en el sistema RS232, el 1 lógico = -12V nominal y el 0 lógico = +12V nominal. Cuando se envía un 1, las patas están en -12/0 y cuando se envía un 0, las patas están en +12/0.

Un sistema balanceado es inherentemente más inmune al ruido. Si se alimenta a través de un par trenzado, el ruido inducido en el par tiene la misma amplitud en ambas patas y las señales diferenciales todavía tienen la misma amplitud +/- o -/+ en relación a ella. Por lo tanto, los niveles de ruido pueden ser mayores en magnitud que la señal y el sistema seguirá funcionando.

La telefonía de voz en sistemas telefónicos estándar utiliza señales analógicas balanceadas. El nivel máximo de transmisión suele ser de alrededor de -10 dBm donde 0 dBm = 600 mV en 600 ohmios = 1 mW. Las señales en el extremo del cliente pueden estar 10-20 dB por debajo de eso y seguir funcionando 'de alguna manera'. A pesar de este bajo nivel de señal, pueden haber varios voltios de ruido inducido (generalmente 50 Hz o 60 Hz de la red eléctrica) en un par de cables y no escuchar ningún "zumbido.
¡Desbalancea la línea solo ligeramente y TODO lo que escucharás será zumbido.

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Con respecto a los sistemas telefónicos equilibrados, una vez tuve una computadora (alrededor de 1999) que, si se conectaba a cualquiera de mis módems, causaba que el audio de una estación de radio AM cercana se acoplara a la línea lo suficientemente fuerte como para ser audible en el altavoz del módem. El sonido no sería inteligible incluso si escuchara en un teléfono normal, pero después de meses de frustración supuse que era una estación de radio AM y logré encontrar una cuya cadencia coincidía con los ruidos en el módem. ¿Podría haber sido este comportamiento extravagante resultado de problemas de equilibrio de línea?

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¿Cómo se llama cuando tienes dos discretos idénticos, donde las líneas son o 0V y +5V, o +5V y 0V? Hay un diferencial de +5 o -5, pero el "punto medio" no es 0V.

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SandeepJ Puntos 1339

Equilibrado significa que las impedancias en cada línea están emparejadas, por lo que cualquier interferencia inducirá el mismo voltaje en cada línea, que luego es cancelado por el receptor diferencial. Las señales no tienen que ser simétricas para que esto funcione.

EDICIÓN - Aunque a menudo las señales son simétricas, no es necesario que lo sean para una conexión balanceada. Aquí hay un ejemplo de salida balanceada no simétrica (de aquí):

audio balanceado

Otro circuito de audio balanceado pero asimétrico (de aquí):

Predecesor de micrófono balanceado

Dicen:

El preamplificador es muy similar al preamplificador DoZ, la topología es idéntica, pero ha sido modificado para utilizar un voltaje de alimentación más bajo. El amplificador es de clase A de un solo extremo, circuito de retroalimentación de corriente, que tiene una linealidad extremadamente buena, ancho de banda amplio y es incondicionalmente estable. Se recomienda el uso de perlas de ferrita (F1 y F2) en las salidas. Los pines de salida mostrados son las conexiones normales a un conector de audio XLR, con el Pin 1 como tierra, el Pin 2 es "caliente" y el Pin 3 es retorno de audio ("frío"). La salida en realidad está balanceada, pero es asimétrica - esto es muy común, y la misma idea básica es utilizada por muchos micrófonos de estudio premium.

Supercat mencionó MIDI, parece que esto utiliza una conexión balanceada asimétrica:

MIDI balanceado

La página de donde se obtuvo lo anterior dice:

De hecho, uno de los principales objetivos de diseño de MIDI, como se ve en la explicación de la especificación eléctrica en el Documento de Especificación de MIDI, es prevenir cualquier bucle de masa que pueda ocurrir con los cables MIDI. Esto se logra utilizando un lazo de corriente balanceado a través de un optoaislador y solo poniendo a tierra las salidas MIDI. El conector MIDI IN no está conectado a tierra al chasis del receptor. Cuando se hace correctamente, no hay bucles de masa y no hay zumbidos u otros ruidos causados por la configuración MIDI.

También esta página tiene algo de información, al igual que Wiki

Citas de lo anterior:

ESP dice:

"El circuito que recibe esta señal en el mezclador se llama amplificador diferencial y esta polaridad opuesta de los conductores es esencial para su funcionamiento.". Esto, como muchas explicaciones impresas (algunas en libros por lo demás respetables), describe la simetría de la señal: "igual en voltaje pero opuesta en polaridad" - pero no menciona ni siquiera la característica más importante de una interfaz balanceada.

LA SIMETRÍA DE LA SEÑAL NO TIENE ABSOLUTAMENTE NADA QUE VER CON LA RECHAZO DE RUIDO - ¡LA IMPEDANCIA ES LO QUE IMPORTA!

Wiki dice:

En telecomunicaciones y audio profesional, una línea balanceada o par de señales balanceadas es una línea de transmisión que consiste en dos conductores del mismo tipo, cada uno de los cuales tiene impedancias iguales a lo largo de sus longitudes e impedancias iguales a tierra y a otros circuitos. 1 La principal ventaja del formato de línea balanceada es el buen rechazo de ruido externo. Las formas comunes de líneas balanceadas son cable de par, utilizado para señales de radiofrecuencia y par trenzado, utilizado para frecuencias más bajas. Se deben contrastar con líneas desbalanceadas, como el cable coaxial, que está diseñado para que su conductor de retorno esté conectado a tierra, o circuitos cuyo conductor de retorno en realidad sea tierra. Los circuitos que impulsan líneas balanceadas deben ser balanceados para mantener los beneficios del balance. Esto se puede lograr mediante señalización diferencial, acoplamiento de transformador o simplemente equilibrando la impedancia en cada conductor. Líneas que llevan señales simétricas (aquellas con voltajes iguales pero opuestos a tierra en cada rama) a menudo se denominan balanceadas, pero esto tiene un significado completamente diferente. Las dos condiciones no están relacionadas.

Más de Wiki:

Balanceado y diferencial
La mayoría de las explicaciones de líneas balanceadas asumen señales simétricas (en antifase) pero esta es una confusión desafortunada: la simetría de la señal y las líneas balanceadas son completamente independientes entre sí. Esencial en una línea balanceada es que las impedancias coincidan en el conductor, la línea y el receptor. Estas condiciones aseguran que el ruido externo afecta cada rama de la línea diferencial por igual y así aparece como una señal de modo común que es eliminada por el receptor. Existen circuitos de impulsión balanceada que tienen una excelente coincidencia de impedancia de modo común entre las "ramas" pero no proporcionan señales simétricas. 6 Las señales diferenciales simétricas existen para evitar la interferencia con otros circuitos: los campos electromagnéticos se cancelan mediante las corrientes iguales y opuestas. Pero no son necesarias para el rechazo de interferencias de otros circuitos.

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Oli - generalmente estamos de acuerdo técnicamente (probablemente un 99,9%). No creo que estemos completamente de acuerdo en esta ocasión. No puedo pensar instantáneamente en una situación equilibrada en la que las señales no sean también simétricas con respecto a una referencia que es esencialmente el punto de decisión del receptor diferencial. Ejemplo(s) podrían ser útiles.

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@Russell - Estoy de acuerdo en que las señales suelen ser simétricas, estaba tratando de ser claro acerca de qué balancea realmente las líneas, que son las impedancias, no la simetría. Di un ejemplo de audio ya que este tipo de salidas son bastante comunes.

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Entonces, ¿se consideraría que el MIDI es un protocolo equilibrado, dado que un lado del transmisor tiene una resistencia a VDD y el otro tiene una resistencia del mismo valor a una compuerta de salida? El receptor MIDI tiene una resistencia en un lado del LED de un optoacoplador.

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Marko Dumic Puntos 6055

Una línea balanceada es una línea de transmisión que consiste en dos conductores del mismo tipo, con una impedancia igual a lo largo de su longitud hacia tierra y otros circuitos.

Una línea desbalanceada es una línea de transmisión, generalmente un cable coaxial, cuyos conductores tienen impedancias desiguales con respecto a tierra; a diferencia de una línea balanceada.

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