12.10 (II) Передача сигналов по согласованной линии



==864

12.10.3 Витые пары

Есть другой способ транспортировки цифровых сигналов по кабелям - передача дифференциального сигнала. Чаще всего это делается с помощью витой пары ⁷⁰ . Общеизвестным примером последней является «Cat-5» ( или Cat-6 ) Ethernet кабель, содержащий 4 пары с характеристическим импедансом 100 Ω . К достоинствам дифференциальной передачи относится подавление синфазных наводок и шума в земляной шине, способность работать с небольшим размахом сигнала ( а значит, и небольшим током передатчика ) ⁷¹ . Небольшой размах снижает излучаемый шум, а пониженный ток ослабляет наводки в цепи земли ( здесь работает как небольшая амплитуда, так и разнонаправленное изменение сигналов в паре ). Два популярных стандарта дифференциальной передачи - RS-422 и LVDS. Они очень разные. Грубо говоря, RS-422 используется до скоростей несколько мегабит в секунду и длине кабеля вплоть до километра. В нём используется дифференциальное напряжение , а основная область использования - промышленное оборудование. LVDS работает до единиц гигабит в секунду и на расстоянии несколько метров. В нём используется дифференциальный ток , а основное место работы - очень быстрая передача данных на короткие дистанции, например, объединительные шины вычислительных устройств ( PCIe ⁷² ) или последовательные каналы ( SATA, Firewire ). Обе шины обеспечивают связь точка-точка, но имеют многоточечных родственников: RS-422 → RS-485; LVDS → M-LVDS.



==865

12.10.3.A RS-422 и RS-485

Это популярная промышленная шина данных, которая улучшает знаменитый RS-232, ( см. обсуждение в §12.10.4 и §14.7.8 ) и существенно превосходит возможности последнего, см. рис. 12.134 . Стандарты RS-422 и RS-485 ⁷³ оговаривают свойства сигналов, используемых в дифференциальном окружении, показанном на рис. 12.118 . Дифференциальные выходы большую часть времени переключаются между землёй и шиной +5V , но спецификация допускает уровни от ±2 до ±10 V . Приёмник должен реагировать на сигнал ±0.2 V , имея на входе синфазное напряжение от –7 до +7V ( –7...+12 V для RS-485 ). Волновое сопротивление дифференциальной пары обычно равно 100...120 Ω , поэтому на дальний конец линии надо ставить согласующие резисторы такого же номинала. Чаще всего можно видеть терминаторы на обоих концах ( рис. 12.118 ). Для однонаправленного RS-422 такая конфигурация не является необходимой ( и нежелательна ), но требуется для двунаправленного или многоточечного RS-485.

На рис. 12.119 показаны сигналы, идущие по одной из четырёх вытых пар 140-метрового кабеля Cat-6. Битовый поток синхронизируется тактовым сигналом 10 MHz ( т.е. речь идёт о 10 Mbps NRZ). Хотя данная скорость в 10 раз выше допускаемой для RS-422 ( рис. 12.134 ), дифференциальная природа принимаемого сигнала позволяет его чистое восстановление. Следует обратить внимание на задержку распространения ∼700 ns ( в основном она вызывается задержкой в кабеле 4.7 ns/m ).

Дифференциальная конфигурация обеспечивает очень высокую защиту от интерференции синфазных сигналов, которые могут наводиться близлежащими сигнальными проводами или внешним излучением ( в т.ч. от естественных радио- и телепередатчиков, беспроводных сетей и т.д. ). Столь же часто наблюдается разница земляных потенциалов в приборах, запитанных от разных розеток. Авторы наблюдали разницу в виде переменного напряжения ∼2V частотой 60 Hz между приборами в одной комнате.

В качестве примера возможностей по подавлению синфазных помех в RS-422 была собрана схема 12.120 . Генератор псевдослучайного шума добавлял помеху ∼15 Vpp в землю плавающего относительно принимающей стороны питания передатчика. Результат представлен на рис. 12.121 . И питание RS-485 и 5-вольтовый сигнал на шине безнадёжно замусорены шумом и занимают полный диапазон, допускаемый стандартом от –7 до +12 V , как это видно с приёмного конца. Но способность отсекать синфазную помеху творит чудеса, восстанавливая исходный сигнал. Особо отметим, что шум попадал в полосу сигнала, т.е. период переключения был сравним с битовыми интервалами передаваемых данных. На картинке показан небольшой кусок последовательности, но на самом деле передача вполне надёжна: тест запускался несколько раз и работал достаточно долго без единой ошибки.



==866

Ограничение времени нарастания

Если скорость не нужна, разумно будет взять передатчик с небольшой скоростью нарастания. Тогда сигналы соседних пар будут меньше воздействовать друг на друга. Микросхемы для RS-422/485 предлагаются для нескольких характерных скоростей передачи. Например, для серии MAX3293/4/5 указываются цифры 250 kbps , 2.5 Mbps и 20 Mbps . Среди прочих можно назвать серию MAX481/89 и 1481/87, LTC2856/58, а также 65ALS176 и 75ALS176B.

RS-422 и RS-485

RS-485 в своей основе повторяет RS-422, но с некоторыми дополнениями, которые позволяют разделять одну шину между несколькими передатчиками. Подобная конфигурация требует использования индивидуальных линий разрешения, чтобы переводить молчащие микросхемы в третье состояние, освобождая линию для активного передатчика. Схема аналогична использованию буферов с третьим состоянием для работы на единую несимметричную шину данных ⁷⁴ . Интерфейсные микросхемы RS-485 ( например, классические 75ALS176 или LTC1485 ) обычно содержат и приёмник и передатчик, разделяющие один внешний канал ( т.н. «полудуплексный» режим ⁷⁵ ). Выводы разрешения разных частей имеют разную полярность ( называются «DE» и «/RE» ). Такой полудуплексный вариант показан на рис. 12.122 .

Кроме вывода разрешения, который нужен для подключения нескольких передатчиков к одной шине ( многоточечная конфигурация ), в RS-485 есть несколько улучшений относительно параметров RS-422.

1. Диапазон синфазного сигнала расширен вверх –7...+12 V , т.е. стало симметричным отклонение ±7V от рабочего коридора питания 0...5 V .
2. Минимальное сопротивление нагрузки снижено до 54 Ω , потому что передатчик должен работать с согласующими сопротивлениями на обоих концах 100...200 Ω каждое.
3. Спецификация расширяет диапазон синфазного напряжения на выходе драйвера до –7...+12 V ( т.е., когда он находится в третьем состоянии ), в то время как RS-422 допускает только одно падение на диоде выше шины питания. Это совершенно необходимо, потому что приёмник и передатчик подключены к общей двунаправленной ( многоточечной ) линии и ограничения, накладываемые на одну часть, влияли бы на другую.

Большая часть приёмопередатчиков под RS-485 удовлетворяют требованиям спецификации RS-422, поэтому, даже если данные идут всегда в одном направлении, использовать можно десятки микросхем самых разных производителей. Некоторыми наиболее активно используемыми ИМС являются ’ALS176 ( и её клоны 65LBC176, 65HVD1176 и т.д. ), классика 75176 и 75ALS180, LTC1480/5, и ADM1485.



==867

Изолированные RS-422/485

Сценарий: безлюдное производство с автоматическим оборудованием и движущейся по конвейеру продукцией. Сенсоры предают информацию по кабелю, который проложен в каналах, идущих в управляющий центр. По том же кабелям, или по соседним передаются команды манипуляторам. Через эту сетевую инфраструктуру компьютер дирижирует выпуском конечной продукции. Именно в таких местах используются сигналы RS-485 и её варианты, как, например, PROFIBUS® , которая использует похожий на RS-485 «физический уровень» ⁷⁶ .

Производственные участки могут растягиваться на сотни метров, переходя из одного здания в другое. Если залезть в кабель с измерительным прибором, когда всё рабочее оборудование включено, то, скорее всего, там обнаружатся синфазные наводки, которые превышают даже «просторную» спецификацию RS-485 ⁷⁷ . В данном случае правильнее будет использовать изолированную шину, в которой RS-485 будет иметь свою собственную линию земли, гальванически изолированную от земли логических сигналов оборудования. Такой подход, естественно, требует дополнительного изолированного источника питания, плавающего относительно земли логики.

Существует множество изолированных микросхем RS-485: есть из чего выбрать. Талантливые разработчики чипов придумывают самые неожиданные способы передачи быстрых сигналов через изоляционный барьер, выдерживающий напряжение свыше киловольта. «Изолированный приёмопередатчик RS-485» LTC1535 ( MXL1535 ) использует небольшие конденсаторы для передачи модулированного сигнала данных ( рис. 12.123 ). Кроме того, в нём есть довольно удобный генератор ( ∼420 kHz ), чей выход плюс трансформатор и выпрямитель превращается в преобразователь напряжения для изолированной части. ISO15/35 фирмы TI дешевле, но не имеет генератора, т.е. преобразователь придётся строить с нуля ⁷⁸ . [* Та длинная многоножка с рис. 12.84 как раз из этой команды, но уже снята с производства ] .

Ещё один вариант - микротрансформаторы, созданные прямо на самом кристалле. Его использует Analog Devices. Их чип ADM2485 имеет выход для построения изолированного dc-dc ( как в LTC1535 ). Впрочем, можно взять популярную микросхему MAX845 ( или MAX253 ) - генератор ∼0.75 MHz , имеющий комплементарные выходы с возможностью прямого подключения к трансформатору. Такой способ создания преобразователя имеет дополнительный плюс: большая часть компаний, выпускающих моточные изделия, предлагает готовые «трансформаторы для MAX845».

Ещё один метод обнаружился в IL3485 производства NVE Corp., а именно: «giant magnetoresistive effect» - GMR. Его активно используют в жёстких дисках для различения информационных битов в треках на магнитной поверхности. Вместо использования трансформатора, где вторичная обмотка видит изменение магнитного потока, NVE использует GMR для непосредственной оценки напряжённости магнитного поля.

Наконец, изолированные приёмопередатчики MAX1480/90 ставят на цифровых линиях оптоизоляторы. Вдобавок, они дополнительно облегчают жизнь, встраивая в корпус трансформатор для преобразователя напряжения. Эта гибридная микросхема включает также диоды и конденсаторы, довершающие схему. Всё, что требуется - сигналы и +5V на стороне логики. Правда, обойдётся это чудо техники в $20 в небольших количествах, а альтернативы с самосборным преобразователем - $5-8.

Физический уровень Ethernet

Если надо передавать данные через изолированный канал, не забывайте об оптических изоляторах и волоконных вариантах, обсуждавшихся ранее, и об импульсных трансформаторах, которые применяются в сети Ethernet. На рис. 12.124 показан физический уровень ( «PHY» ) этой сети. Он изолирован импульсными трансформаторами, которые повсеместно упоминаются как «магнетики» . Трансформатор в паре с последовательными дросселями имеет великолепную устойчивость к синфазным наводкам и сопутствующей им разнице потенциалов на концах линии ⁷⁹ . Если в системе уже есть микропроцессор, то можно не изобретать новую схему изоляции: Ethernet работает очень неплохо. Если требуемое расстояние превышает возможности проводной версии, можно взять готовый преобразователь для волоконно-оптической линии. На таких устройствах специализируется Allied Telesis.



==868

12.10.3.B LVDS

В противоположность RS-422, который работает на умеренных скоростях ( до 10 Mbps ) и с достаточно длинными сегментами ( до километра ), стандарт LVDS ( известный также как RS-644 ) призван работать с гораздо более высокими скоростями ( 1 Gbps и более ) на коротких дистанциях ( до 10 m ). Вместо того чтобы гонять по проводам противофазные напряжения амплитудой несколько вольт, LVDS переключает токи . Передатчик LVDS подаёт токи 3.5 mA противоположных направлений в линию, нагруженную на дальнем конце сопротивлением \(R=Z_0\) ( обычно 100 Ω ). В результате на приёмном конце возникает сигнал ±350 mV . Драйвер обязан поддерживать синфазное выходное напряжение с номинальным уровнем +1.2 V . В этом случае приёмник видит на входе сигналы, меняющиеся в диапазоне от примерно +1.0 до +1.4 V . Столь низкое значение среднего напряжения выбрано специально и позволяет использовать низкие напряжения питания логики. Это важный параметр, т.к. цифровой мир непрерывно дрейфует в сторону всё более низких напряжений питания, а физический уровень интерфейса LVDS часто внедряют прямо на кристалл сложных микросхем.



==869

Чтобы показать устойчивость LVDS к синфазным помехам, был собран стенд по схеме 12.125 ( аналогичный схеме 12.120 ). В неиспользуемые пары сетевого кабеля подавался трапециевидный сигнал ∼30 MHz , амплитуда которого повышалась до достижения оговоренных стандартом границ входного сигнала 0V и +2.4 V . Результат можно видеть на рис. 12.126 . Видно, как гуляют, переплетаясь под воздействием цифровой последовательности сигналы в витой паре ( с задержкой, равной задержке в линии ). Приёмник восстанавливает данные без ошибок.

Для выявления проблем, возникающие при передаче цифровых сигналов между приборами, чьи земли различаются на величину сетевой наводки, был собран стенд по схеме на рис. 12.127 . Земля источника сделана плавающей по аналогии с тестом для RS-422 ( рис. 12.120 ), после чего на неё было подано синусоидальное напряжение 2 Vpp@60 Hz . На рис. 12.128 можно посмотреть результат. Скорость передачи уменьшена, чтобы было видно сетевую наводку. Отметим, что LVDS допускает синфазную наводку только 2 Vpp против 14 Vpp в RS-422/485. Зато LVDS имеет гораздо большую скорость и совместима с низковольтными микросхемами ⁸⁰ .



==870

LVDS широко используется в интерфейсах вида «параллельный в параллельный через последовательный» ( SERDES, см. §12.8.4 , §12.10.5 и §14.7 ), в которых быстрый последовательный канал соединяет пару параллельных портов. С каждой стороны интерфейс выглядит как параллельный регистр, но между регистрами данные идут в последовательном виде. Стандартная ширина слова в последовательном канале 10 бит, которая позволяет передать 8 бит данных и задействовать два дополнительных бита для служебных надобностей ( обозначать начало нового пакета, например ). На рис. 12.129 показано, как это происходит. Используется SERDES микросхема с относительно скромным быстродействием: строб данных, отмеряющий 10-битные слова, может быть в диапазоне 16...40 MHz . Последовательные данные идут по шине LVDS со скоростью в 10 раз большей, т.е. вплоть до 400 Mbps ⁸¹ . Требуется только одна дифференциальная пара, потому что при обратном преобразовании приёмник последовательного потока восстанавливает из него тактовый сигнал. На рисунке опущены дополнительные детали, связанные с режимами работы и синхронизацией.

Нормализация LVDS сигнала

Как уже отмечалось ранее ( §12.10.2.C ), использование предыскажений фазы и выравнивание АЧХ на приёмной стороне [* §5.8.7 и §5.14.2.F ] могут скомпенсировать частотно-зависимые потери в линии. Такие методы нормализации сигнала сильно уменьшают эффекты влияния данных на джиттер [* §7.1.10 ] , который называется в данном случае «межсимвольная интерференция» ( ISI ).

ISI эффекты требуют некоторых пояснений. Потери в кабеле или печатном проводнике имеют характер ФНЧ, особенно чётко проявляющийся при высоких скоростях передачи ( гигабиты в секунду ). В результате исходный уровень напряжения принимаемого сигнала в начале каждого битового промежутка зависит от состояния предшествующих битов. Поэтому и момент пересечения фронтом уровня переключения зависит от состояния предшествующих битов. Межбитовая интерференция является проклятьем высокоскоростной связи во всех формах. Эффект можно наблюдать по восстановленному сигналу LVDS на рис. 12.132 . Там показана картинка с осциллографа, синхронизированного чистым тактовым сигналом. Видно, что псевдослучайный сигнал «замыливается» линией передачи. Подобные картинки называются «глазковые диаграммы» и являются стандартным методом оценки шума, джиттера и общего качества синхронного сигнала в линии.

Использование предыскажений и выравнивания АЧХ поможет существенно поднять скорость и дистанцию передачи, как уже отмечалось в §12.10.2.C в приложении к коаксиальным кабелям. На рис. 12.130 дана блок-схема, а на рис. 12.131 показано, как предыскажения подтягивают напряжение после каждого фронта, а «подъём на высоких» в приёмнике позволяют получить в итоге чистую копию входного сигнала. Такой подход используется во многих парах преёмник - передатчик, например, серии DS25BR100/200/400 и DS25CP102 фирмы NSC, иллюстрированные пояснения см. в замечаниях по использованию AN-1957.



==871

12.10.4 RS-232

Этот формат родом из 1960-х. Исходно предназначался для низкоскоростных ( < 19.2 kbps ) последовательных каналов между алфавитно-цифровыми терминалами ( помянем легендарный DEC VT100 ) и компьютером. Стандарт несколько раз пересматривался и сейчас официально известен как EIA-232. Хотя RS-232 всё ещё встречается в компьютерах и приборах, он признан устаревшим и приговорён к изгнанию. Но он всё ещё в деле ( и, возможно, ещё послужит ⁸² ). Хотя, передача данных стандартом не оговаривается, последовательные порты обычно используют асинхронную передачу 8-битных символов [* в настройках присутствуют 5 , 6 , 7 и 8 ] с одним синхронизирующим стартовым битом и одним или двумя [* или 1.5 ] стоповыми. Такое разграничение данных позволяет приёмнику синхронизироваться в начале каждого символа ( см. §14.7.8 ). Стандартные скорости передачи ( также не оговариваются стандартом RS-232 ) являются геометрической прогрессией с коэффициентом 2 и начальным значением 300 bps [* которое пришло из телеграфа, читай, XIX века ] ( 300 , 600 , 1200 , ... 19200 ). Затем к ним добавили получаемые по тому же принципу 14.4 kbps , 28.8 , 57.6 и 115.2 . Таким образом, инициализация последовательного порта «9600 8N1» означает, что пересылаются группы по 8 информационных бит, один стоповый [* стартовый есть всегда, и всегда один ] и без чётности, и всё это передаётся со скоростью 9600 бит в секунду. [* Бит чётности, при наличии, шёл бы девятым битом данных и в строке инициализации вместо «N» стояло бы «E» - чётность или «O» - нечётность ] . Отметим, что синхробиты ( стартовый и все стоповые ) включаются в общую скорость. Для показанного примера полезная нагрузка составляет 7680 бит в секунду ( 960 bytes/s ).

А вот что стандарт оговаривает , так это напряжения в линии, сопротивление и ёмкость нагрузки, скорость нарастания и разводку разъёма. RS-232 встретится ещё раз в Части 14 в контексте связи между вычислительными устройствами, а здесь рассматривается использование RS-232 на физическом уровне ( отсюда термин «PHY» ), как передачу данных по физическим линиям. Сигналы в RS-232 биполярные. Уровень от –5 до –15 V является допустимым уровнем логической «1», она же MARK, от +5 до +15 V - уровень логического «0» или SPACE. Драйверы и приёмники в RS-232 инвертирующие, поэтому MARK соответствует ВЫСОКОМУ уровню на входе драйвера или на выходе приёмника ( см. рис. 12.135 ). Как ясно из рисунка, RS-232 имеет несимметричные линии, а так как скорости передачи низкие, согласование не регламентируется. Дело это опасное, потому что быстро меняющиеся сигналы ( т.е. с временами фронтов меньшими, чем время возвращения эха с удалённого конца в исходную точку ) отражаются от открытых концов, что было продемонстрировано ранее. RS-232 обходит проблему, оговаривая максимальную скорость изменения напряжения в линии ( 30 V/μs ). Это разумное ограничение для непрерывных сегментов кабеля до 15 m . Данная цифра изначально прописывалась в стандарте, но впоследствии была заменена максимальной ёмкостью нагрузки. Корректная нагрузка должна укладываться в величину 2500 pF или менее ⁸³ и иметь сопротивление 5 kΩ ( ±2 kΩ ). Драйверы RS-232 должны выдерживать постоянное замыкание на землю или любой другой потенциал в пределах ±25 V .



==872

В общем, сигналы через RS-232 ковыляют неспешно. Зато его можно пускать по многожильным неэкранированным проводам, которые не обязаны изображать из себя линии передачи. Ограниченная скорость нарастания снижает одновременно и наводки, и отражения. Но драйвер должен иметь два питания, с уровнем не ниже ±5V . Оригинальные передатчики и приёмники ( 1488/1489 и их КМОП преемники DS14C88/89 и MC145406 ) требуют двойного питания ( ±9V номинал), которого вслед за ними требуют и многие вычислительные системы ( например, материнские платы компьютеров ), сами по себе использующие только одно положительное питание. Первой фирмой, предложившей драйвера для RS-232 с преобразователем напряжения, была Maxim. В их микросхемах MAX232 стоял удвоитель и инвертор напряжения, чтобы получать ±10 из +5V . Сейчас подобных чипов десятки. Некоторые имеют даже встроенные конденсаторы ( MAX203 или LT1039 ). Приёмопередатчики закрывают широкий диапазон скоростей, потребляемых мощностей, числа каналов и т.д. Например, MAX3232E - двойной приёмопередатчик, работающий от +3 до +5.5 V . Он требует четырёх конденсаторов 0.1 μF и гарантирует соответствие требованиям RS-232 до скорости 120 kbps . Поставляется в пяти видах корпусов. Суффикс «-E» обозначает улучшенную защиту от статических разрядов, а именно: проверку со стандартной моделью ( HBM , см. §12.1.5 ), т.е. с конденсатором 100 pF , заряженным до ±15 kV , последовательно с резистором 1.5 kΩ .

Спецификация RS-232 оговаривает дополнительные линии, предназначенные для управления потоком данных ( аппаратного квитирования ) от компьютера к терминалу ( см. §14.7.8 ). Линии носят названия «DTR» , «DSR» , «RTS» и «CTS» . Если всё, что требуется, - пересылать немного данных с умеренной скоростью, все линии квитирования можно игнорировать. Собственно говоря, именно так поступают многие компьютерные порты. Достаточно подключить линию передаваемых данных «TD» и принимаемых «RD» плюс земляной провод, а потоком данных управлять программно. Отметим, однако, неожиданное и постоянно путающее непосвящённых обстоятельство - необычность наименования линий «TD» и «RD». Вы, возможно, думаете, что «TD» - выход драйвера, который должен быть подключён к контакту «RD» на удалённом конце. Это не так. С точки зрения RS-232 все устройства делятся на передающие ( DCE ) и терминальные ( DTE ). Сигнал, который передаётся DTE, называется «TD» на обоих концах линии . То же относится к «RD». На практике большая часть инженеров игнорирует стандартные обозначения. Они называют выходной контакт «TD», а входной – «RD», независимо от того, к какому виду ( DCE или DTE ) относится устройство.

На рис. 12.133 показан принимаемый сигнал RS-232 и восстановленный битовый поток с уровнями 3.3-вольтовой логики. Использовалась пара сдвоенных приёмопередатчиков MAX3232E с питанием +3V , работающих на скорости 115.2 kbaud . На вход подавался сигнал с генератора случайных чисел ⁸⁴ . Картинка с осциллографа, синхронизированная перепадом СТОП-СТАРТ, показывает множество информационных байт, наложенных друг на друга, при этом каждый битовый промежуток показывает оба значения. Восстановленный сигнал с 10-метровой витой пары ( т.е. рядом с оговоренным стандартом пределом ) чистый. В случае со 140-метровой линией виден большой разброс фронтов восстановленных битов, вызванный межсимвольной интерференцией ( §12.10.3.B ). Во втором случае разброс времени переключения сравним с длительностью одного бита ( «UI» или битовый интервал). В результате время переключения на уровне 0V немного меняется в зависимости от состояния предшествующего бита. Эффект заметнее на длинном кабеле ( рис. 12.133 ), где принятый сигнал стремится к асимптотическому уровню ( примерно ±4.5 V ), т.е. норовит уменьшиться более чем на вольт ⁸⁵ .



==873

Когда передача идёт на большие расстояния или в шумном окружении всегда появляются проблемы с токами в шине земли и наведёнными помехами. Лучшим решением является гальваническая изоляция. RS-232 не пользуется таким вниманием, как RS-485, но минимум один изолированный драйвер имеется: ADM3251E фирмы Analog Devices. В нём используются трансформаторная развязка с парой модулятор-демодулятор для приёмной и передающей сторон. Ещё один трансформатор с выпрямителем и стабилизатором занимается преобразованием питания. Кроме самой микросхемы требуется ещё 5 конденсаторов 0.1 μF для внутреннего преобразователя питания выходного каскада.

Итоговое замечание

Разговор здесь шёл о физическом уровне RS-232 ( реальных напряжениях в проводах ). Это простой метод передачи данных. В обычной жизни RS-232 часто используется в паре с источником асинхронных последовательных данных. Например, между последовательным COM портом компьютера и модемом или программатором. Для таких задач нужны микросхемы приёмника и передатчика ( вроде MAX3232 ) на обоих концах, которые переведут логические уровни на входе в напряжения RS-232 в линии. Особого энтузиазма будущее RS-232 не вызывает, но использование асинхронных последовательных портов без конверсии в уровни RS-232 , будет, безусловно, продолжено. Это один из наиболее простых в использовании последовательных интерфейсов. Более современные (USB, Firewire и SATA ) требуют существенных усилий при установлении и поддержании связи. Большая часть микроконтроллеров включают как минимум один последовательный порт ( их зовут «UART» или «COM» ), с помощью которого легко подключается к компьютеру через USB-COM переходники, например, популярный FTDI TTL-232R-3V3. Это устройство подключается с одной стороны к USB, а на другой предоставляет последовательный порт с ТТЛ уровнями, удобными для непосредственного подключения к микроконтроллеру ( или что там у вас).



==874

12.10.5 Итоги

Шина LVDS весьма популярна сейчас из-за сочетания высокой скорости ( свыше 3 Gbps ), низкого излучения наружу, низкой мощности и широкой совместимости с существующими логическими семействами ⁸⁶ . Она активно применяется при передаче сигналов по платам, в качестве объединительной шины и в качестве транспорта для коротких ( ≤ 10 m ) кабельных сегментов. Есть отдельные драйверы и приёмники в небольших корпусах ( 65LVDS1/2 ), но изрядное число больших микросхем уже имеют физический уровень LVDS в своём составе. К таким микросхемам относятся SERDES преобразователи, например, DS92LV1023/1224 и программируемая логика, например, Xilinx Spartan-3 или Altera Stratix.

RS-422/485 выбирают для длинных кабельных участков на промышленных площадках, где нужна умеренная скорость ( до 10 Mbps ), но высокая устойчивость к синфазным помехам и шуму. RS-232, несмотря на постоянные попытки его похоронить, работает в простых линиях связи на низких скоростях. В тех местах, где требуется изоляция сигнала от наводок ( как идущих извне, так и излучаемых наружу ), можно обнаружить экранированные кабели. Они могут существовать в виде коаксиальных кабелей, экранирующих несимметричный ( возможно аналоговый ) сигнал, и в виде экранированных витых пар для дифференциальных сигналов. Совершенно обычной практикой является гальваническая изоляция интерфейсных микросхем RS-485 с передачей сигнала через изоляционный барьер посредством электростатического ( конденсатор ), магнитного ( трансформатор, GMR ) поля или оптических пар. Наконец, волоконно-оптическая связь ( §12.8 ) обеспечивает полностью закрытый от шума и гальванически развязанный канал передачи данных, позволяющий иметь одновременно очень высокую скорость и большие расстояния в обмен на приличную стоимость компонентов и технологий.

На рис. 12.134 приведены примерные соотношения скорость-дальность для LVDS, RS-422/485 и RS-232, рис. 12.135 напоминает электрические параметры сигналов этих стандартов, а на рис. 12.136 сравнивается требуемая при передаче мощность ( т.е. произведение напряжения питания драйвера на ток потребления ) ⁸⁷ .



==874