2.3 Сигнальный уровень (Signal level)
2.3.1 Краткая информация
Сигнальный уровень стандарта SpaceWire описывает уровни напряжений
сигналов, помехоустойчивость и кодирование сигналов.
2.3.2 Уровень сигналов и помехоустойчивость
На Сигнальном уровне SpaceWire использует для передачи электических сигналов
метод дифференциальных сигналов низкого напряжения (LVDS) (ANSI/TIA/EIA-644).
Для обеспечения высокоскоростного взаимодействия в методе LVDS
применяются сбалансированные сигналы, использующие низкие колебания
напряжения (обычно, 350 мВ). Сбалансированные, или дифференциальные, сигналы
обеспечивают помехоустойчивость, достаточную для использования низких
напряжений в реальных системах. Низкое колебание напряжения означает малое
энергопотребление на высоких скоростях передачи сигналов. LVDS подходит для
организации соединений между платами в устройствах или между устройствами на расстояниях до 10 м и более.
Уровни сигналов, используемые в LVDS, показаны на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1
Стандартные приемник и передатчик LVDS, соединенные кабелем или
проводником печатной платы с дифференциальным полным сопротивлением 100 Ом, изображены на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 – Функционирование LVDS
Передатчик LVDS использует логические схемы с переключением тока. Источник постоянного тока (около 3.5 мА) вырабатывает ток, который протекает через передатчик, проходит по среде передачи через резистор приемника сопротивлением 100 Ом и возвращается обратно в передатчик через передающую среду. Две пары транзисторных переключателей передатчика управляют направлением тока через резистор приемника. Когда транзисторы передатчика, обозначенные на рисунке 2.2 знаком '+', включаются, а транзисторы, обозначенные знаком '-', выключаются, ток начинает протекать по направлению, обозначенному на рисунке стрелками, создавая положительное напряжение на резисторе приемника. Когда транзисторы, обозначенные знаком '-', включаются, а транзисторы, обозначенные знаком '+', выключаются, создается обратное направление тока и отрицательное напряжение на резисторе приемника.
Приемники LVDS имеют на входе резистор с высоким сопротивлением,
большая часть тока протекает по резистору 100 Ом, что создает напряжение ±350 мВ при прохождении тока 3,5 мА.
LVDS обладает рядом особенностей, делающих его удобным для передачи
данных [ 6]:
Близкие постоянные значения тока возбуждения (около +3.5 мА для логической
единицы и около –3.5 мА для логического нуля), которые снижают шумы
переключения источника.
Высокая устойчивость к разнице заземляющих потенциалов на передатчике и
приемнике. Метод LVDS допускает разницу заземляющих потенциалов до +1 В.
Высокая защищенность от наведенного шума, т.к. используется дифференциальный
сигнал, передаваемый по витой паре.
Низкий уровень электромагнитной индукции, т.к. малые, равные по величине и
противоположные по знаку, токи создают малые электромагнитные поля,
уменьшающие друг друга.
Независимость от напряжения питания конкретного устройства.
Простой резистор приемника с сопротивлением 100 Ом.
Защита от неисправностей: приемник имеет на выходе высокий уровень сигнала
(пассивный), когда:
o приемник подключен к питанию и передатчик не подключен;
o происходит короткое замыкание входов;
o происходит разрыв входных проводов.
Затраты энергии для LVDS обычно составляют около 50 мВт на одну пару
приемник-передатчик, в то время как для методов ECL/PECL эти затраты
составляют около 120 мВт.
LVDS описывают следующие стандарты:
ANSI/TIA/EIA-644; определяет только выходные характеристики передатчика и
входные характеристики приемника.
IEEE 1596.3; определяет уровни логических сигналов и кодирование для пакетной
коммутации, используемой в передаче данных SCI [ 3].
Уровни сигналов и помехоустойчивость для стандарта SpaceWire определены,
опираясь на стандарт ANSI/TIA/EIA-644, т.к. он рассматривает именно и только LVDS,
в то время как стандарт IEEE 1596.3 [ 3] описывает использование LVDS
исключительно в SCI системах.