Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Суббота, 17 ноября
 
 

Это интересно!

Ранее

Основы проектирования с помощью силовых ключей MOSFET

Многим разработчикам, особенно не специалистам в области управления электропитанием, использование силовых ключей может показаться сложной задачей. Однако в таких приложениях как портативные электронные приборы, потребительская электроника, промышленные или телекоммуникационные системы все чаще используются силовые ключи. В статье описываются важные характеристики силовых ключей и концепции их применения, а также возможные оптимальные решения.

ЦАП. Так ли все просто?

В статье рассмотрены принцип работы и основные параметры цифро-аналоговых преобразователей. Даны рекомендации по выбору и проектированию ЦАП.

OLED-технология — перспективное решение для систем освещения?

Технология OLED (Organic Light-Emitting Diode — органический светодиод, ОСД) — следующий шаг на пути эволюции твердотельного освещения (Solid State Lighting, SSL), источником которого служат полупроводники, а не нить накала или газ. Твердотельные источники света являются наиболее энергоэффективными, имеют более длительный срок службы и более экологичны. В статье, представляющей собой авторизованный перевод [1, 2], рассматриваются характеристики ОСД и возможности их применения.

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

3 декабря

Современные методы передачи данных

В статье рассматривается концепция передачи мультимедийных данных с высокой скоростью с помощью трансиверов SerDes. Эти устройства имеют ряд преимуществ при передаче больших объемов данных, обеспечивая приемлемое энергопотребление, производительность и стоимость системы. Кроме того, обсуждаются аналогово-цифровые методы коррекции сигнала при его распространении по кабелям длиной более 300 м.





Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.

Скрыть/показать html версию статьи
background image
84
теория
и
пр
ак
тик
а
www.elcomdesign.ru
В статье рассматривается концепция передачи мультимедийных дан-
ных с высокой скоростью с помощью трансиверов SerDes. Эти устрой-
ства имеют ряд преимуществ при передаче больших объемов данных,
обеспечивая приемлемое энергопотребление, производительность и
стоимость системы. Кроме того, обсуждаются аналогово-цифровые
методы коррекции сигнала при его распространении по кабелям длиной
более 300 м.
Современные методы передачи
данных
Михаил СМирнов, технический консультант, ид «Электроника»
Что ознаЧает SerDeS?
SerDes (serializers/deserializers) —
схема параллельно-после дова тель но-
го/ последовательно-параллельного
пре об ра зования, которая позволяет
перейти со стороны передатчика от
мно го разрядной (широкой) парал-
лельной шины с несимметричными
сигналами к последовательной шине
с симметричным сигналом. приемник
производит обратное преобразование.
SerDes обеспечивает передачу боль-
ших объемов данных поточечно, умень-
шая при этом сложность системы, ее
стоимость, энергопотребление и зани-
маемое на плате место. преимущества
использования устройств SerDes осо-
бенно велики, как только частота
параллельных шин данных начинает
превышать 500 мГц (1000 мбит/с).
преимущества последовательных
шин данных на сегодняшний день оче-
видны, и мы не станем на них останав-
ливаться.
ПринциП работы уСтройСтва
SerDeS
принцип работы SerDes относитель-
но прост (см. рис. 1). данные с парал-
лельной шины, которая переключается
с определенной частотой, поступают на
параллельную входную шину устрой-
ства SerDes. Эти данные синхронизуют-
ся на параллельных регистрах SerDes
на основе заднего или переднего фрон-
та опорного сигнала, поступающего с
параллельными данными от, например,
MAC-контроллера или системного про-
Рис. 1. Процесс преобразования данных в последовательную форму
цессора. Синхронизация обеспечива-
ется также соответствующим опорным
источником сигнала (кварцевым гене-
ратором или микросхемой тактового
генератора). данные, загруженные на
параллельные регистры, кодируются с
помощью стандартных схем, например
8B/10B.
кодер/декодер SerDes (ENDEC) вы-
полняет несколько функций. в первую
очередь, поступающий поток данных
приложения необходимо подготовить
к параллельно-последовательному
преобразованию. например, необра-
ботанные потоки данных могут заклю-
чать длинные непрерывные комбина-
ции нулей (0000000……) или единиц
(1111111…….). в этих случаях SerDes при-
ходится отыскивать окончание длин-
ной последовательности идентичных
битов.
Схема CDR (Clock and Data Recovery —
синхронизация и восстановление
данных) устройства SerDes опреде-
ляет, где меняется плотность потока
данных, чтобы избежать пропущенных
битов. при кодировании поступающее
слово параллельных данных (зара-
нее определенное количество битов
параллельных данных) преобразуется
в стандартную комбинацию, которая
лучше соответствует параллельно-
последовательному преобразованию.
еще одна проблема, связанная с
некодируемыми данными, состоит в
потере границ кадра в процессе преоб-
разования в последовательную форму.
для того чтобы упростить работу при-
емника, устройство ENDEC предостав-
ляет специальные кодовые слова (пре-
амбулы), обозначающие границы слова.
приемник может использовать эти
преамбулы для разграничения байтов.
например, в схеме 8B/10B используется
запятая для установления начальной
границы кода в потоке данных.
далее кодированные данные посту-
пают с параллельной шины на после-
довательную. Функция преобразова-
ния SerDes преобразует параллельный
набор битов в последовательную
форму для последующей передачи по
одному дифференциальному каналу.
часто такое преобразование реали-
зуется с помощью регистров сдвига,
показанных на рисунке 1. данные в
параллельных регистрах обязательно
синхронизуются.
преобразованные в последователь-
ную форму данные с шины поступа-
ют на драйвер линии, или в т.н. буфер
дифференциального сигнала, который
направляет поток данных через мед-
ный кабель или проводники объедини-
тельной панели.
на стороне приемника SerDes пре-
образованный в последовательную
форму поток данных поступает во вход-
ной буфер дифференциального сигна-
ла. входной буфер внутри приемной
цепи SerDes превращает поступающие
биты (в виде амплитуды напряжения) в
цифровой поток данных.
другой основной функцией прием-
ника является восстановление такто-
вой синхронизации входящего потока
последовательных данных. Цепь вос-
становления синхронизации извлекает
тактовый сигнал из потока последова-
тельных данных, поступающих в прием-
ник. восстановленный сигнал использу-
ется для синхронизации поступающего
потока, который затем преобразуется в
параллельную форму.
в процессе преобразования после-
довательные данные собираются в
параллельные слова, которые затем
могут декодироваться в начальные
слова. Этот процесс зависит от цепи
background image
теория
и
пр
ак
тик
а
85
электронные компоненты №11 2010
Рис. 2. Блок-схема ИС SerDes: 1) параллельные вводы-выводы, как правило, являются несимметричными. Они поддерживают такие уровни передачи сигнала как HSTL, LVTTL
и TTL. В приложениях с большими скоростями передачи данных параллельный интерфейс также использует уровни дифференциальной передачи LVDS; 2) в дифференциальной
передаче сигналов используются две линии в соответствии со стандартами LVPECL, CML и VML; 3) поток последовательных данных, как правило, кодируется по схеме 8В/10В; 4)
среда передачи обеспечивает прохождение потока данных от одной точки к другой. В качестве этой среды выступают медный или оптоволоконный кабели
CDR, обеспечивающей восстановленный тактовый сигнал
для управления слаженной работой регистров сдвига, кото-
рые собирают параллельные кодированные данные в слова.
поток параллельных битов декодируется в изначальную
последовательность данных, которые поступают на парал-
лельные выходные регистры и тактируются выходными
буферами параллельных сигналов. как правило, выходные
буферы предназначены для приема несимметричных сиг-
налов. тактовый сигнал распараллеливается и передается
вместе с параллельными данными. он совмещается по фазе
с синхросигналом передачи данных. часто приемные и пере-
дающие тракты SerDes работают на одной частоте, образуя
полнодуплексный последовательный канал.
Фазовая автоМатиЧеСкая ПодСтройка ЧаСтоты
(ФаПЧ)
Система фазовой автоматической подстройки частоты
(Фапч) — важная составляющая любого устройства SerDes, т.к.
она генерирует тактовый сигнал вы сокой скорости для управ-
ления последовательным передатчиком, а также приемным
трактом устройства. в зависимости от архитектуры SerDes это
устройство может иметь одну цепь Фапч как для тракта пере-
дачи, так и приема, либо две цепи на каждый из них.
Цепь Фапч — основной блок схемы CDR, который управ-
ляется входящим опорным сигналом. Следовательно, вхо-
дящие опорные сигналы должны соответствовать строгим
требованиям к электрическим характеристикам и джиттеру,
иначе плохой опорный сигнал негативно скажется на произ-
водительности SerDes. восстановленный тактовый сигнал,
как правило, распараллеливается и передается вместе с
параллельными выходными данными.
необходиМоСть в оПорных тактовых иМПульСах
опорный тактовый сигнал подается на вход SerDes для
управления цепями Фапч этого устройства. Существует
определенная взаимосвязь между опорным тактовым сиг-
налом и скоростью последовательной передачи данных, с
которой должно работать устройство SerDes. например,
устройства SerDes с 10-бит параллельными интерфейса-
ми используют 125-мГц опорную частоту, чтобы скорость
передачи последовательных данных составила 1,25 Гбит/с.
в этом случае внутренняя цепь Фапч обеспечивает
10-кратное умножение частоты опорного сигнала при
условии, что она задается передними фронтами сигнала.
как уже говорилось, качество опорного сигнала является
основным фактором, определяющим работу SerDes. если
джиттер в опорном сигнале велик, в потоке последова-
тельных данных, вероятнее всего, содержание этих помех
тоже окажется высоким. если опорный сигнал нестабилен
и «блуждает», у потока данных появляются те же характе-
ристики. таким образом, опорный сигнал устройства SerDes
должен отвечать очень строгим требованиям к джитте-
background image
86
теория
и
пр
ак
тик
а
www.elcomdesign.ru
Рис. 4. Эквалайзер с переменным коэффициентом
усиления для кабелей до 300 м
Рис. 5. Каскад с переменным усилением, реализуе-
мым посредством DCP
ру, смещению импульсов во времени
(фазово-импульсная модуляция) и вре-
мени нарастания/спада импульсов.
требования к опорному сигналу и
поддерживаемый частотный диапа-
зон SerDes варьируют в зависимости
от поставщика устройств. например,
такие решения SerDes от Texas Instru-
ments как TLK1501, TLK3131, TLK3134
и TLK6002 поддерживают достаточно
широкие диапазоны входных частот
и потомуобеспечивают высокую ско-
рость передачи данных в соответ-
ствии со стандартами Gigabit Ethernet,
волоконнооптиче ской связи, 10G
Ether net, радио ин терфейса общего
пользования и т.д.
Устройства SerDes имеют ряд преи-
муществ при передаче больших объе-
мов данных, обеспечивая приемлемое
энергопотребление системы, удобство
ее использования, производитель-
ность и стоимость. Современные
решения SerDes представляют собой
устройства с высокой степенью интег-
рации (см. рис. 2).
Методы коррекции Сигнала
При ПередаЧе По видеокабелю
проблема передачи видеосигнала
заключается в необходимости достав-
лять большие объемы информации с
высокой скоростью по длинным кабе-
лям. чем длиннее кабель, тем меньше
разрешение принятого изображения.
Эти потери сказываются при передаче
любого типа данных, но более всего
они проявляются на высоких скоро-
стях, при которых передается видео.
в таких случаях применяются мето-
ды коррекции, однако расстояние
по-прежнему остается главным препят-
ствием, поскольку данные передаются
на более чем 300 м. например, стандарт
Ethernet предусматривает передачу
данных только на 100 м. возможности
применения стандарта HDMI для обо-
рудования развлекательных центров,
как правило, ограничены несколькими
метрами, если не используется специ-
альный кабель. периферийные устрой-
ства USB работают на расстоянии не
более 5 м от пк во избежание потерь.
камеры видеонаблюдения — крайне
популярное видеоприложение — не
должны быть удалены более чем на 300
м от панели управления, иначе постра-
дает изображение.
такие расстояния недостаточно
велики в случае передачи видео-
сигнала в аэропортах, торговых
центрах или стадионах, когда тре-
буются кабели длиной более 300 м.
рассматриваемые аналоговые и циф-
ровые методы коррекции сигнала при
его распространении по длинным
кабелям обеспечивают автоматиче-
ское определение параметров видео
и схему коррекции.
СхеМа коррекции
Эквалайзеры, предназначенные для
компенсации потерь в системе, обе-
спечивают идентичность выходного и
входного сигналов. однако длина кабе-
ля по-прежнему остается нерешенной
проблемой. компенсация потерь — не
единственный способ передачи видео
на дальние расстояния, но это лучший
метод. другой метод — подавать на
вход линии связи сигнал большого
напряжения. например, для передачи
видеосигнала на расстояние 1500 м по
кабелю Cat 5 (витая пара 24AWG) при
ослаблении сигнала в 70 дБ на предель-
ной частоте поднесущей цвета 3,85 мГц
входное напряжение должно состав-
лять 3000 в. при этом величина тока,
протекающего по очень тонкой витой
паре, составит 30 а, и выделится слиш-
ком большое количество тепла для
таких проводов.
метод коррекции предпочтитель-
нее, потому что он реализуется на
приемном конце и не требует гене-
рации сигнала высокого напряжения.
например, на высоких частотах требу-
ется усилить сигнал на 70 дБ (в полном
объеме видеосигнал занимает полосу
около 5 мГц), чтобы обеспечить соот-
ветствующее изображение. в данном
случае в 3000 раз усиливается сигнал,
а не напряжение. при этом нагрузка
на кабель отсутствует, и не возника-
ет потенциальной угрозы разрушения
проводов. однокаскадный эквалайзер
усиливает сигнал на 14 дБ, а пять таких
устройств обеспечивают усиление
в 70 дБ.
Это надежное решение, однако оно
не избавляет от угрозы возникнове-
ния нежелательных помех от элек-
тронных усилителей, которые могут
подавить полезный видеосигнал. Шум
Рис. 3. Однокаскадный эквалайзер для коррекции
сигнала в 300-м кабеле Cat 5
на входе цепи усиливается с тем же
коэффициентом, что и сигнал. чтобы
он на стороне приемника был при-
емлемым, шум эквалайзера должен
быть, по крайней мере, на 30 дБ мень-
ше, чем видеосигнал на его входе.
динамический диапазон эквалайзера
составляет 100 дБ.
СхеМы эквалайзеров
на рисунке 3 представлена цепь уси-
ления для компенсации сигнала в 300-м
кабеле Cat 5. Эта схема является мало-
шумящим оУ с достаточно большим
произведением коэффициента усиле-
ния на полосу пропускания, обеспечи-
вающим требуемое усиление в 14 дБ.
при передаче на более короткие
расстояния требуется меньшее уси-
ление. на рисунке 4 в цепи обратной
связи резистор выступает в качестве
потенциометра.
для управления коррекцией с
помощью микроконтроллера или
схемы цифровой логики необходимо
оснастить этот переменный резистор
цифровым входом. например, можно
воспользоваться
потенциометром
с цифровым управлением (DCP) (см.
рис. 5). возможность построения этой
цепи на одном кристалле обеспечивает
значительные преимущества в стоимо-
сти, функциональности и программи-
руемости.
на рисунке 6 показана упрощенная
схема автоматического эквалайзера.
рассматриваемый эквалайзер состо-
ит их восьми блоков. Цепь управления
с обратной связью и пользовательский
интерфейс реализованы с помощью
достаточно малого количества элемен-
тов блока цифровой логики (блок 1).
Логика определяет, в какой мере тре-
буется скорректировать сигнал и как
настроить коррекцию. коды эквалайзе-
ров и фильтров обеспечивают одинако-
вое поведение каждого кристалла.
Блок 2 — дополнительный блок.
поскольку видеокабель в этом случае
является витой парой, можно переклю-
чать проводники, инвертируя сигнал.
Эта цепь определяет факт переключе-
ния и инвертирует сигнал для компен-
сации. кроме того, поскольку данный
видеокабель является двухпроводной
витой парой, входной каскад должен
быть дифференциальным.
background image
теория
и
пр
ак
тик
а
87
электронные компоненты №11 2010
Блок 3 является дифференциальным
входным усилителем, который прини-
мает сигнал от витой пары. Этот усили-
тель удаляет синфазную помеху, остав-
ляя только видеосигнал.
размах напряжения данного видео-
сигнала составляет 1 в. Блок 4 обеспе-
чивает автоматическую регулировку
усиления (арУ), корректируя вариации
уровня видеосигнала.
основной блок эквалайзера отве-
чает за усиление высоких частот, исче-
зающих при передаче на большие рас-
стояния. каскады этого блока должны
быть малошумящими и подавлять шум
Рис. 7. Исходный сигнал после прохождения по 1,5-км кабелю Cat 5 с коррекцией (справа) и без нее (слева)
источника питания. Блок 5 состоит из
пяти каскадов, которые мы уже обсу-
дили.
Блок 6 представляет собой фильтр
шума. если эквалайзер настроен таким
образом, чтобы усиливать, например,
5-мГц сигнал, он может усиливать его
примерно до 10 мГц, после чего проис-
ходит спад сигнала. в результате усили-
вается шум, для отсечки которого при-
меняется нч-фильтр с крутым срезом.
Сигнал, прошедший через шумо-
вой фильтр, поступает в еще один
блок усиления (блок 7). Этот усили-
тель обеспечивает достаточный коэф-
фициент усиления и ток управления
для сопряжения с другим видеообо-
рудованием.
наконец, блок 8 представляет собой
аЦп, который оцифровывает выход-
ной сигнал и подает его в цепь циф-
рового управления. в случае ошибки
какого-либо из блоков эквалайзера
цепь выполняет отладку этого блока.
например, если начинается спад выход-
ного сигнала, для его компенсации
включается арУ.
на рисунке 7 показаны исходные
видеосигналы высокого качества после
прохождения 1500 м по кабелю Cat 5
с коррекцией и без нее. видно, что на
таких больших расстояниях теряется
цвет, изображение смазывается, а текст
становится неразборчивым.
описанный однокристальный эква-
лайзер позволяет в полном объеме вос-
станавливать изображение, передавае-
мое по кабелю длиной более 1500 м.
Литература
1. Atul Patel. The basics of SerDes
(se rializers/deserializers) for interfacing//www.
eetimes.com.
2. Dave Ritter. Applying advanced analog
and digital techniques to long video-cable
equalization//www.eetimes.com.
Рис. 6. Полная (упрощенная) схема коррекции
Новости процессоров
| Multicore ASSociAtion разрабатывает Стандарты С ПоМощью ПривлеЧенных экСПертов |
Некоммерческая организа-
ция Multicore Association (MCA) представила программу гостевого участия, цель которой – привлечь разработчиков стандартов для
реализации многоядерных систем.
Первой компанией, которая присоединилась к ассоциации в рамках этого гостевой программы, стала консалтинговая фирма
EfficiOS.
EfficiOS стала участником рабочей группы TIWG (Multicore Association's Tools Infrastructure Working Group), задача которой
состоит в определении стандартного формата данных и механизмов совместного использования данных инструментами разра-
ботки многоядерных систем. Консорциум MCA обнародовал спецификацию MCAPI (Multicore Communications API) на своем веб-
сайте. В ближайшее время планируется выпуск еще одной спецификации – MRAPI (Multicore Resource Management API). В настоя-
щее время рабочие группы этой организации занимаются также разработкой документов MPP (Multicore Virtualization, Multicore
Resource Management, Multicore Programming Practices) и TIWG (Tools Infrastructure).
www.elcomdesign.ru
Оцените материал:

Автор: Михаил Смирнов, технический консультант, ИД «Электроника»



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2018 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты