Преобразователи последовательного линейного кодирования своими руками: 15 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Последовательная передача данных стала повсеместной во многих промышленных приложениях, и существует несколько подходов к разработке любого интерфейса последовательной передачи данных. Удобно использовать один из стандартных протоколов, то есть UART, I2C или SPI. Кроме того, существует несколько других протоколов для более специализированных приложений, таких как CAN, LIN, Mil-1553, Ethernet или MIPI. Другой вариант обработки последовательных данных - использование настраиваемых протоколов. Эти протоколы обычно основаны на линейных кодах. Наиболее распространенными типами строкового кодирования являются NRZ, Манчестерский код, AMI и т. Д. [Конфигурируемое протокольное декодирование сигналов, закодированных в Манчестере и NRZ, Teledyne Lecroy Whitepape].

Примеры специализированных последовательных протоколов включают DALI для управления освещением здания и PSI5, который используется для подключения датчиков к контроллерам в автомобильных приложениях. Оба этих примера основаны на манчестерской кодировке. Аналогичным образом протокол SENT используется для связи автомобильного датчика с контроллером, а шина CAN, обычно используемая для обеспечения связи между микроконтроллерами и другими устройствами в автомобильных приложениях, основана на кодировании NRZ. Кроме того, многие другие сложные и специализированные протоколы были разработаны и разрабатываются с использованием схем Manchester и NRZ.

Каждый из линейных кодов имеет свои достоинства. Например, в процессе передачи двоичного сигнала по кабелю могут возникать искажения, которые можно значительно уменьшить с помощью кода AMI [Петрова, Пеша Д., Боян Д. Карапенев. «Синтез и моделирование преобразователей двоичного кода». Телекоммуникации в современной спутниковой, кабельной и радиовещательной службе, 2003. ТЕЛСИКС 2003. 6-я Международная конференция. Vol. 2. IEEE, 2003]. Кроме того, ширина полосы сигнала AMI ниже, чем у эквивалентного формата RZ. Точно так же код Манчестера не имеет некоторых недостатков, присущих коду NRZ. Например, использование кода Манчестера на последовательной линии удаляет компоненты постоянного тока, обеспечивает восстановление тактовой частоты и обеспечивает сравнительно высокий уровень помехоустойчивости [Hd-6409 Renesas Datasheet].

Таким образом, очевидна польза от стандартного преобразования линейных кодов. Во многих приложениях, где линейные коды используются прямо или косвенно, преобразование двоичного кода необходимо.

В этом руководстве мы представляем, как реализовать преобразователи с многострочным кодированием с использованием недорогой CMIC Dialog SLG46537.

Ниже мы описали шаги, необходимые для понимания того, как микросхема GreenPAK была запрограммирована для создания преобразователей кодирования последовательной линии. Однако, если вы просто хотите получить результат программирования, загрузите программное обеспечение GreenPAK, чтобы просмотреть уже заполненный файл дизайна GreenPAK. Подключите GreenPAK Development Kit к своему компьютеру и нажмите программу, чтобы создать индивидуальную ИС для преобразователей кодирования последовательной линии.

Шаг 1. Конверсия дизайна

В этом Руководстве представлен дизайн следующих преобразователей линейного кода:

● NRZ (L) - RZ

Преобразование из NRZ (L) в RZ простое и может быть достигнуто с помощью одного логического элемента AND. На рисунке 1 показана конструкция для этого преобразования.

● NRZ (L) в RB

Для преобразования NRZ (L) в RB нам нужно достичь трех логических уровней (-1, 0, +1). Для этой цели мы используем 4066 (четырехсторонний аналоговый переключатель) для обеспечения биполярного переключения от 5 В, 0 В и -5 В. Цифровая логика используется для управления переключением трех логических уровней путем выбора разрешающих входов 4066. 1E, 2E и 3E [Петрова, Пеша Д., Боян Д. Карапенев. «Синтез и моделирование преобразователей двоичного кода». Телекоммуникации в современной спутниковой, кабельной и радиовещательной службе, 2003. ТЕЛСИКС 2003. 6-я Международная конференция. Vol. 2. IEEE, 2003].

Логическое управление реализовано следующим образом:

Q1 = Сигнал и Clk

Q2 = Clk '

Q3 = Clk & Signal '

Общая схема преобразования показана на рисунке 2.

● NRZ (L) в AMI

Преобразование NRZ (L) в AMI также использует 4066 IC, поскольку код AMI имеет 3 логических уровня. Схема логического управления представлена в таблице 1, соответствующей общей схеме преобразования, показанной на рисунке 3.

Логическую схему можно записать следующим образом:

Q1 = (Сигнал и Clk) & Q

Q2 = (Сигнал и Clk) '

Q3 = (Сигнал и Clk) & Q '

Где Q - выход D-триггера со следующей переходной зависимостью:

Qnext = Signal & Qprev '+ Signal' & Qprev

● AMI в RZ

Для преобразования AMI в RZ используются два диода для разделения входного сигнала на положительную и отрицательную части. Инвертирующий операционный усилитель (или логическая схема на основе транзистора) может использоваться для инвертирования отделенной отрицательной части сигнала. Наконец, этот инвертированный сигнал передается на логический элемент ИЛИ вместе с положительным сигналом для получения желаемого выходного сигнала в формате RZ, как показано на рисунке 4.

● NRZ (L) в двухфазный Манчестер

Преобразование из NRZ (L) в Manchester с расщепленной фазой выполняется просто, как показано на рисунке 5. Входной сигнал вместе с тактовым сигналом передается на логический элемент NXOR для получения выходного сигнала (согласно соглашению Г. Э. Томаса). Шлюз XOR также можно использовать для получения манчестерского кода (в соответствии с соглашением IEEE 802.3) [https://en.wikipedia.org/wiki/Manchester_code].

● Код Манчестера с разделенной фазой на метку с разделением фаз.

Преобразование из манчестерского кода с расщепленной фазой в код Mark с расщепленной фазой показано на рисунке 6. Входной сигнал и тактовый сигнал проходят через логический элемент И для синхронизации D-триггера.

D-переворот регулируется следующим уравнением:

Qnext = Q '

Выходной сигнал получается следующим образом:

Выход = Clk & Q + Clk 'Q'

● Больше преобразований линейного кода

Используя приведенные выше преобразования, можно легко получить схемы для большего количества линейных кодов. Например, преобразование кода NRZ (L) в манчестерский код с разделенной фазой и преобразование кода метки с разделенной фазой в код метки с разделенной фазой можно комбинировать для прямого получения кода метки NRZ (L) в разделенную фазу.

Шаг 2: Дизайн GreenPAK

Показанные выше схемы преобразования могут быть легко реализованы в конструкторе GreenPAK ™ вместе с некоторыми вспомогательными внешними компонентами. SLG46537 предоставляет достаточно ресурсов для выполнения заданных проектов. Конструкции преобразования GreenPAK предоставляются в том же порядке, что и раньше.

Шаг 3: NRZ (L) в RZ в GreenPAK

Схема GreenPAK для NRZ (L) - RZ на рисунке 7 аналогична схеме, показанной на шаге 1, за исключением того, что добавлен один блок DLY. Этот блок является необязательным, но обеспечивает устранение сбоев синхронизации между часами и входными сигналами.

Шаг 4: NRZ (L) в RB в GreenPAK

Схема GreenPAK для NRZ (L) - RB показана на рисунке 8. На рисунке показано, как соединить логические компоненты в CMIC для достижения намеченной конструкции, указанной на шаге 1.

Шаг 5: NRZ (L) в AMI в GreenPAK

На рисунке 9 показано, как настроить CMIC GreenPAK для преобразования из NRZ (L) в AMI. Эта схема вместе с дополнительными внешними компонентами, приведенными на шаге 1, может использоваться для желаемого преобразования.

Шаг 6: AMI в RZ в GreenPAK

На рисунке 10 показан дизайн GreenPAK для преобразования AMI в RZ. Сконфигурированный таким образом GreenPAK CMIC вместе с операционным усилителем и диодами можно использовать для получения требуемого выхода.

Шаг 7: NRZ (L) в разделенный Манчестер в GreenPAK

На рисунке 11 вентиль NXOR используется в схеме GreenPAK для получения манчестерского преобразования NRZ (L) в расщепленную фазу.

Шаг 8: Код маркировки с разделенной фазой Манчестера на разделенную фазу в GreenPAK

На рисунке 12 приведена схема GreenPAK для кода Манчестера с разделенной фазой на метку с разделенной фазой. Дизайн для преобразования завершен, и для процесса преобразования не требуется никаких внешних компонентов. Блоки DLY необязательны для устранения сбоев, возникающих из-за ошибок синхронизации между входным и тактовым сигналами.

Шаг 9: экспериментальные результаты

Все представленные конструкции прошли проверку на верификацию. Результаты представлены в том же порядке, что и раньше.

Шаг 10: NRZ (L) - RZ

Результаты экспериментов по преобразованию NRZ (L) в RZ показаны на рисунке 13. NRZ (L) показан желтым цветом, а RZ показан синим.

Шаг 11: NRZ (L) в RB

Экспериментальные результаты для преобразования NRZ (L) в RB представлены на рисунке 14. NRZ (L) показан красным, а RB показан синим.

Шаг 12: NRZ (L) в AMI

На рисунке 15 показаны экспериментальные результаты преобразования NRZ (L) в AMI. NRZ (L) показан красным, а AMI - желтым.

Шаг 13: AMI в RZ

На рисунке 16 показаны экспериментальные результаты преобразования AMI в RZ. AMI разделен на положительную и отрицательную части, показанные желтым и синим цветом. Преобразованный выходной сигнал RZ показан красным.

Шаг 14: NRZ (L) в Манчестер с разделенной фазой

На рисунке 17 показаны экспериментальные результаты для манчестерского преобразования NRZ (L) в расщепленную фазу. Сигнал NRZ (L) показан желтым цветом, а преобразованный выходной сигнал Манчестера с разделенной фазой показан синим цветом.

Шаг 15: Код отметки из Манчестера в разделенную фазу

На рисунке 18 показано преобразование Манчестерского кода с расщепленной фазой в код Mark с расщепленной фазой. Код Манчестера показан желтым, а код Знака - синим.

Заключение

Линейные коды составляют основу нескольких протоколов последовательной связи, которые повсеместно используются в различных отраслях промышленности. Преобразование линейных кодов простым и недорогим способом, востребованным во многих приложениях. В этой инструкции приведены подробные сведения о преобразовании нескольких линейных кодов с использованием Dialog SLG46537 вместе с некоторыми вспомогательными внешними компонентами. Представленные конструкции были проверены, и был сделан вывод, что преобразование линейных кодов может быть легко выполнено с использованием CMIC Dialog.