Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Połącz się... sygnałem różnicowym

ghost666 10 Mar 2014 20:58 5217 0
  • W niniejszym krótkim artykule skupimy się na zaletach interfejsów różnicowych, szczególnie na tym jak te zalety mogą pomóc w konstrukcji szybkich układów transmisji danych.

    Przesyłanie danych korzystając z technik niesymetrycznych, takich jak TTL czy CMOS bądź ich analogów posługujących się niższym napięciem zasilania - LVTTL i LVCMOS - to techniki bardzo często implementowane w wielu projektach elektronicznych. Jednakże pamiętać trzeba iż układy te posiadają pewne wady, które wyjątkowo dadzą się nam we znaki gdy projektować będziemy interfejsy wysokiej prędkości. Techniki niesymetrycznego przesyłu sygnału już dawno wyszły z użycia w komunikacji na duże odległości. Jest to spowodowane głównie czułością na różnicę potencjałów masy dwóch oddalonych od siebie urządzeń takiej transmisji oraz jej ograniczoną prędkością związaną z niewielką prędkością narastania napięcia na wyjściu. Driver interfejsu tego typu podczas przełączania się pomiędzy dodatnią a ujemną linią zasilania wymaga bardzo szybkiej zmiany napięcia w czasie, czyli dużego ΔV/Δt. Oznacza to duże zapotrzebowanie na prąd, z uwagi na fakt iż prąd I = CΔV/Δt. Łatwo zatem jest zidentyfikować ograniczenia tego typu technik przesyłania sygnałów z pomocą interfejsów rail-to-rail. Głównym ograniczeniem jest tutaj duża różnica napięć, która powoduje że aby osiągnąć szybkie narastanie koniecznie są duże ilości prądu. Zatem jak zrealizować szybką transmisję cyfrową w projektowanym systemie aby obejść ograniczenia narzucane na nas przez sygnały niesymetryczne? Różnicowo!

    Połącz się... sygnałem różnicowym


    Interfejs różnicowy zrealizowany jest zazwyczaj z wykorzystaniem trzech przewodników (jednakże czasami spotyka się ich więcej). Dwa z nich niosą sygnał - odwrócony i nieodwrócony w fazie, a trzeci jest zazwyczaj masą, czyli poziomem odniesienia dla dwóch pierwszych sygnałów. W idealnym systemie transmisji różnicowej maksymalne napięcie szyny dodatniej V+ równe jest minus napięciu szyny ujemnej, a wartości bezwzględne prądu płynącego w obu sygnałach są takie same. Dzięki temu sygnał jest zbalansowany. W zbalansowanym systemie różnicowego przesyłu danych oba przewodniki sygnałowe są ze sobą sprzęgnięte, a prąd masy jest równy zero. Istnieje szereg zalet implementacji interfejsu różnicowego, między innymi są to wyższe częstotliwości transmisji, większa odporność na zakłócenia współbieżne oraz mniejsze zużycie prądu przez układ.

    Przy sygnale różnicowym czasy opadania i narastania sygnału mogą być nieporównywalnie mniejsze niż w sygnale niesymetrycznym. Oznacza to że prędkość przesyłu przekraczająca 10 Gbps jest w pełni osiągalna jako standard w wielu systemach komunikacyjnych produkowanych aktualnie. Dzięki mniejszemu napięciu sygnałowemu osiąga się mniejsze zużycie prądu w systemie. Pamiętać o tym należy, co oznacza iż systemy LVPECL czy CML korzystające z wyższego napięcia niż systemy LVDS czy M-LVDS, zużywają więcej prądu.

    Kolejną zaletą systemów różnicowych jest zwiększona odporność na zakłócenia współbieżne. Jako że połączenie różnicowe składa się z dwóch sygnałów - dodatniego i ujemnego które są takie same, różniąc się jedynie znakiem amplitudy. Każdy współbieżny sygnał wyindukowany w tych przewodach zostanie finalnie usunięty z sygnału po odjęciu obu napięć od siebie. Jest to bardzo dużą zaletą transmisji różnicowych, gdyż najprawdopodobniej w dowolnym systemie w którym się pojawią będą miały do czynienia z co najmniej kilkoma stabilizatorami impulsowymi czy innymi źródłami zakłóceń, tylko czekającymi aby wprowadzić dodatkowy szum do transmisji. Na pierwszy rzut oka może nie wydawać się to tak istotną zaletą tych interfejsów, jednakże w praktyce jest to bardzo istotne, gdyż pozwala zmniejszyć jitter sygnałów, co jest kluczowe w systemach gdzie liczy się każda pikosekunda.

    Tabelka poniżej doskonale podsumowuje najpopularniejsze standardy używane do różnicowego przesyłu danych. Różnią się one napięciami transmisji i zużyciem prądu, a także maksymalną możliwą szybkością transmisji.

    Połącz się... sygnałem różnicowym


    Doskonałym przykładem aplikacji łączącej w sobie sygnały różnicowe i niesymetryczne jest łączenie oscylatora sterowanego napięciowo z wyjściem niesymetrycznym z układem programowalnym lub innym wymagającym zegarowego wejścia różnicowego. Aby uniknąć wprowadzania dramatycznych zmian do topologii systemu przesyłu sygnału zegarowego można zaimplementować układ taki jak na przykład AN65LVDS1 produkcji firmy Texas Instruments. Jest to pojedynczy transmiter sygnału pozwalający na konwersję sygnału na różnicowy. Jest on zasilany napięciem 2,4 V (lub wyższym) co czyni go idealnym do aplikacji w systemach o zminimalizowanym napięciu zasilania, nie posiadających linii zasilania 3,3 V.
    Źródła:
    http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive.../21/get-connected-differential-signaling.aspx

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9824 postów o ocenie 8030, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.