Аппаратная реализация интерфейсов

Характеристики линии связи.

Длинная линия – электрическая линия, образованная двумя параллельными проводниками тока, длина которых превышает длину волны передаваемых электромагнитных колебаний, а расстояние между проводниками значительно меньше длины волны. Длинная линия является системой с распределёнными постоянными (параметрами), так как каждый элемент её длины обладает одновременно некоторыми значениями индуктивности L и активного сопротивления R проводов, ёмкости С и проводимости тока G между проводами. Через эти параметры определяют основные характеристики длинной линии – волновое сопротивление и скорость распространения электромагнитных волн вдоль неё.

Волновое сопротивление – это сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль однородной линии без отражения. В бесконечно длинной линии или линии конечной длины, но нагруженной на сопротивление, равное волновому сопротивлению, не происходит отражения электромагнитных волн и образования стоячих волн. В этом случае линия передаёт в нагрузку практически всю энергию от генератора.

Сопротивление длинной линии имеет в общем случае комплексный характер (содержит активную и реактивную составляющие) и зависит от длины линии и характера электрической нагрузки на её конце (выходе). Для максимальной передачи энергии от источника линии её входное сопротивление должно быть активным и равным внутреннему сопротивлению источника, т. е. согласованным с ним.

Согласование электрических линий связи применяется для обеспечения нормального прохождения сигнала по длинной линии без отражений и искажений.

Рис.24. Передача сигналов по электрическому кабелю.

Следует отметить, что в локальных сетях кабель работает в режиме длинной линии даже при минимальных расстояниях между компьютерами, так как скорости передачи информации и частотный спектр сигнала очень велики. Принцип согласования кабеля прост: на его концах необходимо установить согласующие резисторы (терминаторы) с сопротивлением, равным волновому.Величина волнового сопротивления обязательно указывается в сопроводительной документации на кабель и составляет обычно от 50-100 Ом для коаксиального кабеля, до 100-150 Ом для витой пары или плоского многопроводного кабеля.

Виды линий связи

Коаксиальный кабель – кабель, в котором оба проводника тока, образующие электрическую цепь, представляют собой 2 соосных цилиндра. Коаксиальный кабель применяется для передачи электрических сигналов в линиях дальней связи, в антенно-фидерных устройствах радиоэлектронной и телевизионной аппаратуры, между блоками радиотехнической аппаратуры и т.д.

Электромагнитное поле коаксиального кабеля сосредоточено в пространстве между проводниками тока, т.е. внешнего поля нет, и поэтому потери на излучение в окружающее коаксиальный кабель пространство практически отсутствуют. Так как внешний проводник одновременно служит электромагнитным экраном, защищающим электрическую цепь тока от влияний извне, коаксиальный кабель обладает высокой помехозащищенностью. Коаксиальный кабель имеет относительно малые потери энергии передаваемых сигналов.

Витая пара – вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой. Скручивание проводов в витую пару преследует следующие цели. Обеспечить одинаковое влияние помехи на оба провода. • Обеспечить компенсацию излучения электромагнитных полей, за счет близкого к 100% взаимного влияния проводников и использование дифференциального (противофазного) сигнала.

Электромагнитные помехи практически постоянно воздействуют на электронные системы. В качестве электромагнитных помех (ЭМП) может фигурировать практически любое электромагнитное явление в широком диапазоне частот, способное негативно влиять на работу аппаратуры. Введем краткую классификацию помех, которая широко используется инженерами, работающими в области ЭМС. В зависимости от источника ЭМП можно разделить на естественные и искусственные. Наиболее распространенной естественной ЭМП является электромагнитный импульс при ударе молнии. Искусственные помехи можно разделить на создаваемые функциональными и нефункциональными источниками. Источник помехи является функциональным, если для него самого создаваемая ЭМП является полезным сигналом. В зависимости от среды распространения ЭМП могут разделяться на индуктивные и кондуктивные. Индуктивными называются ЭМП, распространяющиеся в виде электромагнитных полей в непроводящих средах. Кондуктивные ЭМП представляют собой токи, текущие по проводящим конструкциям и земле. Деление помех на индуктивные и кондуктивные является, условным. В реальности протекает единый электромагнитный процесс, затрагивающий проводящую и непроводящую среду. В ходе распространения многие помехи могут превращаться из индуктивных в кондуктивные и наоборот. Так, переменное электромагнитное поле способно наводить токи в кабелях, которые далее распространяются как классические кондуктивные помехи. С другой стороны, токи в кабелях и цепях заземления сами создают электромагнитные поля, т.е., индуктивные помехи. Деление помех на индуктивные и кондуктивные можно считать относительно строгим лишь в низкочастотной (до десятков кГц) области, когда емкостные и индуктивные связи обычно малы.

Симметричная и несимметричная схема передачи сигналов. Для уменьшения влияния электромагнитных помех испльзуются различные способы передачи полезного сигнала.

Дифференциальный сигнал. Сигнал называется дифференциальным, когда по двум отдельным проводам передается два комплементарных (инверсных друг относительно друга) сигнала.

Рис.25 Использование дифференциального сигнала.

На рисунке А видно, что от источника, по двум проводам передается два сигнала инверсные друг относительно друга. Оба сигнала попадают на вычитатель (операционный усилитель). После вычитания инверсных сигналов результирующий сигнал усиливается. На рисунке Б показано влияние помех на схему с дифференциальным сигналом. Суть в том, что помеха, например, наведенная от сети 220В будет синфазной, т.е. в обоих проводах она будет с одинаковой фазой. При попадании такой помехи на вход вычитателя мы получим на выходе 0. Таким образом, видно, что схемы передачи с дифференциальными сигналами обладают защитой от синфазных помех.

Несимметричная передача сигнала. Несимметричная или однопроводная схема (single-ended) предполагает, что

Рис 26. Несимметричная передача сигнала.

сигнал передается от источника к приёмнику по одному проводу, а земли источника и приёмника связаны друг с другом. Несимметричная схема передачи данных простая в реализации, но из-за целого ряда проблем не позволяет осуществлять передачу данных с большой скоростью на большие расстояния. Например, интерфейс RS-232C, работающий по несимметричной схеме позволяет передавать данные со скоростью 19200 бит в секунду на расстояние 15 метров, а интерфейс RS-485, работающий по симметричной схеме, позволяет на аналогичном расстоянии работать со скоростью 10 Мб/с. Для однопроводной (несимметричной) схемы передачи сигналов достаточно одного проводника. •