Понятие интерфейсных систем
Интерфейсная система это совокупность нескольких интерфейсов, обладающих различной функциональностью и объединенных в рамках единой архитектуры. Главное преимущество таких систем – концептуальная целостность, позволяющая строить сложные компьютерные системы в рамках некоего отлаженного и единого для разных разработчиков шаблона.
Примером современной интерфейсной системы можно назвать систему AMBA, объединяющую в себе внутрисистемный, системный и периферийный интерфейсы, используемые при построении СнК на базе компонентов фирмы ARM. Еще одним хорошим примером интерфейсной системы является Multibus фирмы Intel Corp., состоящая из системной шины (Multibus System Bus), шины расширения ввода-вывода (iSBX) , исполнительской шины (iLBX) и шины многоканального ввода-вывода (Multichannel I/O Bus). Эта интерфейсная система была спроектирована в 80-х годах 20 века и используется до сих пор в промышленной электронике.
Реализация аппаратных интерфейсов: проблемы и технические решения
3.5.1 Электромагнитные помехи
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.
Кондуктивные помехи в цепях, имеющих более одного проводника, принято также делить на помехи "провод–земля" (синонимы – несимметричные, общего вида, Common Mode) и "провод–провод"
(симметричные, дифференциального вида, Differential Mode). В первом случае ("провод–земля") напряжение помехи приложено, как следует из названия, между каждым из проводников цепи и землей (рис. ниже, а). Во втором – между различными проводниками одной цепи (рис. ниже, б). Обычно самыми опасными для аппаратуры являются помехи "провод–провод", поскольку они оказываются приложенными так же, как и полезный сигнал.
Рис. 29. Схема приложения помехи "провод–земля" (а) и "провод–провод" (б).
Реальные помехи обычно представляют собой комбинацию помех "провод– провод" и "провод–земля". Нужно учитывать, что несимметрия внешних цепей передачи сигналов и входных цепей аппаратуры может вызывать преобразование помехи "провод–земля" в помеху "провод–провод". На рис. ниже наглядно показан упрощенный процесс преобразования помехи: несимметрия внешних цепей (Zl1 не равно Zl2) и входных цепей аппаратуры приемника (Zi1 не равно Zi2) приводит к появлению помехи "провод–провод" величиной Ud = (Zi1/ Zl1 – Zi2/Zl2)Uc. В данном примере упрощение заключается в том, что внутреннее сопротивление приемника в режиме "провод–провод" принято равным бесконечности (т.е., в качестве измерителя полезного сигнала включен идеальный вольтметр).
Рис. 30. Преобразование помехи "провод–земля" в помеху "провод–провод".
Следующие два способа классификации помех основываются на их спектральных характеристиках. Во-первых, ЭМП делятся на узкополосные и широкополосные. К первым относятся помехи спектр которых близок к линейчатому – максимальный уровень на основной частоте, пики меньшего уровня на частотах гармоник. Такие помехи обычно возникают от систем связи на несущей частоте, систем питания переменным током. Широкополосные помехи обычно проявляются в виде либо отдельных импульсов, либо их последовательности. Спектр периодических широкополосных помех состоит из большого набора пиков на частотах, кратных частоте основного сигнала. Для апериодических помех спектр является непрерывным и описывается спектральной плотностью [31].