itmo500

•V1 – напряжение на входе приёмника должно быть в пределах +3...+15В.

•EL – ЭДС приёмника при разомкнутой схеме должно быть не более +2В.

•CL – общая ёмкость цепей приёмника должна быть не более 2500 пФ.

•Входной импеданс приёмника не должен быть индуктивным. Электрические характеристики генератора сигналов:

•Допускается короткое замыкание сигналов.

•Допускается оставлять выход генератора без нагрузки.

•V0 – напряжение генератора при разомкнутой схеме должно быть не более +25В/+15 В (RS-232/ITU-T v.28).

•R0 и C0 для генератора не нормируются.

•Короткое замыкание цепей генератора не должно вызывать токи величиной более 0,5А.

•Если EL=0, то напряжение на входе приёмника должно быть V1=+5...+15 В, для любого диапазона нагрузки генератора

RL=3000...7000 Ом.

•Генератор должен быть способен работать на ёмкостную нагрузку C0 плюс 2500 пФ.

Уровни сигналов для стандарта RS-232C:

•Логической «1» считается информационный сигнал с напряжением V1 менее -3 В.

•Логическим «0» считается информационный сигнал с напряжением V1 более +3 В.

•Сервисный или синхронизирующий сигнал считается включенным

«ON» («MARK») если V1 более +3 В.

•Сервисный или синхронизирующий сигнал считается выключенным

«OFF» («SPACE») если V1 менее -3 В.

•Напряжение в диапазоне V1=-3 В...+3 В считается переходной областью. Характеристики сигналов:

•Все сигналы вошедшие в область перехода V1=-3В...+3В должны выйти в противоположный сигнал без повторного захода в эту область (т.е. монотонно).

•Не допускается колебания сигнала в области перехода.

•Сервисные и синхронизирующие сигналы должны проходить область перехода за время не более 1мс.

100

•Сигналы данных должны проходить область перехода за время не более 3% от времени одиночного элемента, но не более чем за 1 мс.

•Скорость нарастания фронта сигнала не должна превышать величины 30В за миллисекунду.

•Ограничения первых двух пунктов не относятся к электромеханическим устройствам размыкания и замыкания цепи [67], [53], [61], [27], [72].

3.5.8Особенности параллельных интерфейсов

•Высокая стоимость погонного метра магистрали обусловлена большим количеством линий.

•Высокая скорость: удвоение количества линий для передачи данных способствует удвоению скорости канала. На практике это не совсем так, потому что присутствует разница в скорости распространения сигналов по параллельным линиям, т. е. разное время прихода сигналов (битов) на приемной стороне. В итоге скорость параллельного интерфейса снижается до скорости передачи сигнала по самой его медленной линии.

•Ограниченная длина интерфейса, которая обычно составляет от нескольких метров до десятков метров и в редких случаях достигает сотни. Объясняется это перекрестными помехами, наводками в соседних линиях, возникающими при передаче данных. Такие физические эффекты уменьшают не только длину кабеля, но и скорость передачи данных по нему (для минимизации помех).

•Простота схемотехнической реализации. Параллельный интерфейс на стороне передатчика и приемника должен иметь параллельные порты (буферы-защелки) для чтения/записи данных с шины. В случае последовательного интерфейса необходимым является преобразование параллельного кода в последовательный для передачи и обратное преобразование при приеме данных, которые выполняют специализированные микросхемы (например, UART в случае интерфейса RS-232). Кабели параллельных интерфейсов обычно имеют недорогую простую конструкцию, например, ленточную.

Широкое распространение параллельных интерфейсов связано с состоянием развития элементной базы в последней трети XX века. Тогда большая часть изделий базировалась на микросхемах малой и средней степени интеграции. Более простая реализация параллельного интерфейса по сравнению с последовательным выливалась в улучшение технических и экономических характеристик изделия. Кабельное соединение имело меньшую относительную стоимость. К настоящему времени получила развитие специальная элементная база. Порт интерфейса как последовательного, так и параллельного чаще всего может быть реализован на одной из специальных микросхем. Поэтому относительная стоимость кабельного соединения возросла. Применение последовательных интерфейсов стало более

101

целесообразным на магистралях любой, но особенно большой длины. Таким образом, удешевление элементной базы, растущий спрос на высокоскоростную передачу данных через большие расстояния, общая тенденция в увеличении плотности информационных потоков на единицу объема (или веса) аппаратуры привели к лавинообразному росту рынка последовательных интерфейсов. В результате имеют место быть следующие факты:

•Последовательный высокоскоростной обмен данными между узлами вычислительных систем/сетей с переходом к беспроводным технологиям связи.

•Большие потоки данных внутри вычислительных модулей (платы) и внутри кристаллов (микроконтроллеры, системы на кристалле) передаются по параллельным интерфейсам.

Параллельные интерфейсы стали уходить в прошлое в результате наступления последовательных интерфейсов: IEEE 1284 уступил USB,

параллельныйATA – SATA, SCSI – SAS.

С другой стороны, идеология параллельных интерфейсов нашла свое проявление в современных технологиях беспроводной связи.

3.5.9 Мультиплексирование, конвейеризация, блочная передача

Для снижения общего количества линий связи магистрали часто применяется мультиплексирование шин адреса и данных, т.е. одни и те же линии связи используются в разные моменты времени для передачи как адреса, так и данных (в начале цикла – адрес, в конце цикла – данные). Для фиксации этих моментов (стробирования) служат специальные сигналы на шине управления. Понятно, что мультиплексированная шина адреса/данных обеспечивает меньшую скорость обмена, требует более длительного цикла обмена. По типу шины адреса и шины данных все магистрали также делятся на мультиплексированные и немультиплексированные [37], [98].

Рис. 46. Мультиплексирование шин адреса и данных.

Конвейеризация (pipelining) – обработка информации одновременно работающими модулями, каждый из которых выполняет заданную команду и передаёт результат другому модулю.

В PCI во время реакции памяти на запрос шина простаивает (но не свободна). Конвейерный доступ AGP позволяет в это время передавать следующие запросы, а потом получить поток ответов.

102

3.5.10.2 Реализация гальванической изоляции дискретного выхода модуля ввода-вывода SDX-09

Дискретные выходы в модуле ввода-вывода SDX-09 реализованы на твердотельных реле (Solid State Relay, SSR) CPC1035N и позволяют коммутировать на выходе до 300В с максимальным током нагрузки 100 мА. Управление дискретными выходами программное с помощью линий DOUTx (где x – (0..8) номер дискретного выхода). Подача логического нуля на линии DOUT приводит к замыканию контактов соответствующего дискретного выхода. При подаче нуля на вход P5 на диоде D56 появляется разность потенциалов, достаточная для его зажигания.

Рис. 48. Реализация гальванической изоляции дискретного выхода модуля ввода-вывода SDX-09.

Основными отличиями твердотельных реле от электромеханических являются:

•Отсутствие электромагнитных помех в момент переключения.

•Высокое быстродействие.

•Отсутствие акустического шума.

•Отсутствие дребезга контактов реле.

•Высокое сопротивление изоляции между входом и выходом.

•Большое количество переключений, не менее 109 раз.

•Малое энергопотребление.

Рис. 49. Твердотельное реле CPC1035N

Напряжение изоляции CPC1035N – 1500В.

104

полярном подключении, что неудобно при передаче аналоговых сигналов. Гальваническая изоляция позволяет защитить SDK-1.1 от высоких напряжений, различных наводок и подключать его к ПК во время работы.

Рис. 53. Гальванически изолированный последовательный интерфейс SDK-1.1.

Реализована гальваническая изоляция на базе двух оптронов U8 и U9 (KPC357). Оптрон KPC357 состоит из светодиода (выводы 1,3) и фототранзистора (выводы 6,4). Если через светодиод пустить ток, то он начинает излучать свет. Свет падает на PN-переход фототранзистора и открывает его. Когда свет гаснет, фототранзистор закрывается. Гальваническая изоляция достигается как раз за счет того, что между двумя элементами оптрона нет никакой связи, кроме оптической.

VA-0505S1 (U18) – DC/DC преобразователь из 5 вольт в 5. Напряжение гальванической изоляции – 1000В (кратковременно до 3000В). На входы +Vin и –Vin поступает напряжение с внутренней шины питания SDK-1.1. С выходов +Vout и –Vout снимается напряжение для питания внешних цепей, находящихся за пределами барьера гальванической изоляции. Сигнальные линии Tx и Rx проходят через оптроны KPC357 (U8, U9).

Необходимо заметить, что оптроны срабатывают не мгновенно. В данном типе оптронов длительность фронта (tr) и спада (tf) выходного импульса может быть от единиц до десятков мкс.

106

Электрическая схема, подключенная к первичной «обмотке» трансформатора, преобразует переходы входного сигнала в импульсы длительностью 1 нс, эти импульсы подаются на трансформатор; схема, подключенная ко вторичной «обмотке», принимает эти импульсы и восстанавливает входной сигнал. Схема обновления сигнала (refresh) на входной стороне обеспечивает корректность выходного сигнала, даже если входной сигнал не меняет свое состояние. Это важно в ситуации включения питания, а также при передаче данных с низкой скоростью или при передаче постоянного сигнала.

Рис. 56. Устройство и поперечное сечение изолятора iCoupler.

Так как назначение устройства iCoupler заключается в изоляции входа от выхода, входная и выходная схемы располагаются на различных кристаллах. Собственно трансформатор может быть расположен или на одном из этих кристаллов, или на третьем кристалле. Все кристаллы располагаются в стандартном пластиковом корпусе, в таких корпусах выпускаются многие современные микросхемы.

Особенностью многоканальных устройств iCoupler является наличие в одном корпусе каналов на передачу и на прием. Сами трансформаторы могут передавать сигнал в любую сторону, направление определяется схемами, подключенными к трансформатору. Поэтому многоканальные изоляторы поставляются с различными конфигурациями (с различными сочетаниями направлений передачи).

Примеры реализации гальванической изоляции различных интерфейсов при помощи изоляторов iCoupler демонстрируется на рисунках ниже.

109