3.5.6.6 Потенциальный код 2b1q
На рисунке показан потенциальный код с четырьмя уровнями сигнала для кодирования данных. Это код 2B1Q, название которого отражает его суть - каждые два бита (2В) передаются за один такт сигналом, имеющим четыре состояния (1Q), Паре бит 00 соответствует потенциал -2,5 В, паре бит 01 соответствует потенциал -0,833 В, паре 11 - потенциал +0,833 В, а паре 10 - потенциал +2,5 В. При этом способе кодирования требуются дополнительные меры по борьбе с длинными последовательностями одинаковых пар бит, так как при этом сигнал превращается в постоянную составляющую. При случайном чередовании бит спектр сигнала в два раза уже, чем у кода NRZ, так как при той же битовой скорости длительность такта увеличивается в два раза. Таким образом, с помощью кода 2B1Q можно по одной и той же линии передавать данные в два раза быстрее, чем с помощью кода AMI или NRZI. Однако для его реализации мощность передатчика должна быть выше, чтобы четыре уровня четко различались приемником на фоне помех.
3.5.7 Приемопередатчик последовательного интерфейса
В RS-232C используются уровни сигналов -15В...+15В. Зоной нечувствительности, т.е. отсутствия сигналов, считается напряжение -3В...+3В. При этом обратите внимание, что принимаемые/передаваемые данные инвертированы. Предельное напряжение на входе приѐмника: -25В…+25В [89].
Рис. 42. Уровни сигналов UART по стандарту RS-232C.
Уровни сигналов UART по стандарту RS-232C (исходные состояния): Порт не инициализирован – на всех линиях напряжения находятся в диапазоне -3В...+3В.
Напряжение на выходе передатчика при логическом «0» от +5 до +15 В, при логической «1» от -5 до 15В.
Напряжение на входе приѐмника при логическом «0» от +3 до +25 В, при логической «1» от -3 до 25В.
В RS-232C используется биполярный вариант кодирования NRZ (None Return to Zero). Метод NRZ прост в реализации, обладает хорошей распознаваемостью ошибок (из-за двух резко отличающихся потенциалов), но не обладает свойством самосинхронизации. При передаче длинной последовательности единиц или нулей сигнал на линии не изменяется, поэтому приемник лишен возможности определять по входному сигналу моменты времени, когда в очередной раз нужно считывать данные. Для синхронизации начала приема пакета используется стартовый служебный бит, например, единица.
Для NRZ требуется узкая полоса пропускания канала связи. Основная гармоника f0 имеет достаточно низкую частоту равную N/2 Гц, где N – битовая скорость передачи дискретных данных [бит/с] [18].
Рис. 43. Биполярное NRZ кодирование.
На рисунке ниже показана эквивалентная электрическая схема при обмене последовательными данными по стандарту RS-232C. Эта эквивалентная схема независима от того, где расположен генератор в DTE или DCE. По схеме видно, что опорное напряжение является общим для всей схемы, поэтому такая схема относится к классу однопроводных или несимметричных схем.
Характеристики сигнала обмена данными по стандарту RS-232C включены в международный стандарт ITU-T v.28 [101].
Рис. 44. Эквивалентная электрическая схема RS-232C.
V0 – напряжение генератора при разомкнутой схеме.
R0 – общее сопротивление генератора.
C0 – общая ѐмкость генератора.
V1 – напряжение между сигнальной линией и общим проводом в месте стыка.
CL – общая ѐмкость приѐмника.
RL – общее сопротивление приѐмника.
EL – ЭДС приѐмника при разомкнутой схеме.
Стыком интерфейса RS-232C считается линия соединения DTE плюс кабель с DCE, т.е. соединительный кабель интерфейса входит в состав DTE
[101].
Рис. 45. Практическая схема стыка интерфейса RS-232C.
Электрические характеристики приѐмника сигналов:
RL – общее сопротивление приѐмника должно находиться в пределах 3000...7000 Ом.
V1 – напряжение на входе приѐмника должно быть в пределах +3...+15В.
EL – ЭДС приѐмника при разомкнутой схеме должно быть не более +2В.
CL – общая ѐмкость цепей приѐмника должна быть не более 2500 пФ.
Входной импеданс приѐмника не должен быть индуктивным.
Электрические характеристики генератора сигналов [101]:
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 приѐмника должно быть V1=+5...+15 В, для любого диапазона нагрузки генератора RL=3000...7000 Ом.
Генератор должен быть способен работать на ѐмкостную нагрузку C0 плюс 2500 пФ.
Уровни сигналов для стандарта RS-232C [101]:
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 [101]:
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.
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].