DIY Seri Hat Kodlama Dönüştürücüleri: 15 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Seri veri iletişimi, birçok endüstriyel uygulamada her yerde bulunur hale gelmiştir ve herhangi bir seri veri iletişim arayüzü tasarlamak için çeşitli yaklaşımlar mevcuttur. UART, I2C veya SPI gibi standart protokollerden birini kullanmak uygundur. Ek olarak, CAN, LIN, Mil-1553, Ethernet veya MIPI gibi daha özel uygulamalar için başka protokoller de mevcuttur. Seri verileri işlemek için başka bir seçenek de özelleştirilmiş protokolleri kullanmaktır. Bu protokoller genellikle hat kodlarına dayanır. En yaygın satır kodlama türleri NRZ, Manchester kodu, AMI vb.

Özel seri protokollere örnek olarak bina aydınlatmasının kontrolü için DALI ve otomotiv uygulamalarında sensörleri kontrolörlere bağlamak için kullanılan PSI5 dahildir. Bu örneklerin her ikisi de Manchester kodlamasına dayanmaktadır. Benzer şekilde, SENT protokolü, otomotiv sensörü-kontrolör bağlantıları için kullanılır ve otomotiv uygulamalarında mikrodenetleyiciler ve diğer cihazlar arasında iletişimi sağlamak için yaygın olarak kullanılan CAN veri yolu, NRZ kodlamasına dayanır. Ek olarak, Manchester ve NRZ şemaları kullanılarak birçok başka karmaşık ve özel protokol tasarlanmış ve tasarlanmaktadır.

Hat kodlarının her birinin kendine has özellikleri vardır. Bir kablo boyunca ikili bir sinyalin iletimi sürecinde, örneğin, AMI kodu kullanılarak önemli ölçüde azaltılabilen bozulma ortaya çıkabilir [Petrova, Pesha D. ve Boyan D. Karapenev. "İkili kod dönüştürücülerin sentezi ve simülasyonu." Modern Uydu, Kablo ve Yayın Hizmetinde Telekomünikasyon, 2003. TELSIKS 2003. 6. Uluslararası Konferans. Cilt 2. IEEE, 2003]. Ayrıca, bir AMI sinyalinin bant genişliği, eşdeğer RZ formatından daha düşüktür. Benzer şekilde, Manchester kodu, NRZ kodunun doğasında bulunan bazı eksikliklere sahip değildir. Örneğin, Manchester kodunun bir seri hatta kullanılması DC bileşenlerini kaldırır, saat kurtarma sağlar ve nispeten yüksek düzeyde gürültü bağışıklığı sağlar [Hd-6409 Renesas Datasheet].

Bu nedenle, standart hat kodları dönüşümünün faydası açıktır. Hat kodlarının doğrudan veya dolaylı olarak kullanıldığı birçok uygulamada ikili kodun dönüştürülmesi gereklidir.

Bu Eğitilebilir Kitapta, düşük maliyetli bir Dialog SLG46537 CMIC kullanarak çoklu satır kodlama dönüştürücülerinin nasıl gerçekleştirileceğini sunuyoruz.

Aşağıda GreenPAK çipinin seri hat kodlama dönüştürücülerini oluşturmak için nasıl programlandığını anlamak için gereken adımları açıkladık. Ancak, sadece programlamanın sonucunu almak istiyorsanız, halihazırda tamamlanmış GreenPAK Tasarım Dosyasını görüntülemek için GreenPAK yazılımını indirin. GreenPAK Geliştirme Kitini bilgisayarınıza takın ve seri hat kodlama dönüştürücüleri için özel IC'yi oluşturmak için programa basın.

Adım 1: Dönüşüm Tasarımları

Bu Talimatta aşağıdaki satır kodu dönüştürücülerinin tasarımı verilmiştir:

● NRZ(L)'den RZ'ye

NRZ(L)'den RZ'ye dönüşüm basittir ve tek bir AND geçidi kullanılarak gerçekleştirilebilir. Şekil 1, bu dönüşüm için tasarımı göstermektedir.

● NRZ(L)'den RB'ye

NRZ(L)'nin RB'ye dönüştürülmesi için üç mantık düzeyine (-1, 0, +1) ulaşmamız gerekir. Bu amaçla, 5 V, 0 V ve -5 V'tan çift kutuplu anahtarlama sağlamak için bir 4066 (dörtlü ikili analog anahtar) kullanıyoruz. 4066 etkinleştirme girişinin seçilmesiyle üç mantık seviyesinin anahtarlanmasını kontrol etmek için dijital mantık kullanılır. 1E, 2E ve 3E [Petrova, Pesha D. ve Boyan D. Karapenev. "İkili kod dönüştürücülerin sentezi ve simülasyonu." Modern Uydu, Kablo ve Yayın Hizmetinde Telekomünikasyon, 2003. TELSIKS 2003. 6. Uluslararası Konferans. Cilt 2. IEEE, 2003].

Mantık kontrolü aşağıdaki gibi uygulanır:

Q1= Sinyal & Clk

Q2= Tık'

Q3= Klik ve Sinyal'

Genel dönüştürme şeması Şekil 2'de gösterilmektedir.

● NRZ(L)'den AMI'ye

NRZ(L)'den AMI'ye dönüştürme, AMI kodunun 3 mantık seviyesine sahip olması nedeniyle 4066 IC'yi de kullanır. Mantık kontrol şeması, Şekil 3'te gösterilen genel dönüştürme şemasına karşılık gelen Tablo 1'de özetlenmiştir.

Mantık şeması aşağıdaki şekilde yazılabilir:

Q1 = (Sinyal & Clk) & Q

Q2 = (Sinyal & Clk)'

Q3 = (Sinyal & Clk) & Q'

Q, aşağıdaki geçiş ilişkisiyle D-Flip flop'un çıktısıdır:

Qnext = Sinyal ve Qprev' + Sinyal' ve Qprev

● AMI'den RZ'ye

AMI'den RZ'ye dönüştürme için, giriş sinyalini pozitif ve negatif parçalara bölmek için iki diyot kullanılır. Sinyalin ayrılmış negatif kısmını tersine çevirmek için bir ters çeviren op-amp (veya transistör tabanlı bir mantık devresi) kullanılabilir. Son olarak, bu ters çevrilmiş sinyal, Şekil 4'te gösterildiği gibi RZ formatında istenen çıkış sinyalini elde etmek için pozitif sinyalle birlikte bir VEYA geçidine geçirilir.

● NRZ(L)'den Ayrık Aşamalı Manchester'a

NRZ(L)'den Split-faz Manchester'a dönüştürme, Şekil 5'te gösterildiği gibi basittir. Saat sinyali ile birlikte giriş sinyali, çıkış sinyalini elde etmek için bir NXOR geçidine geçirilir (G. E. Thomas'ın kuralına göre). Manchester kodunu almak için bir XOR kapısı da kullanılabilir (IEEE 802.3 sözleşmesine göre) [https://en.wikipedia.org/wiki/Manchester_code].

● Ayrı faz Manchester'dan Ayrı faz İşaret koduna

Bölünmüş faz Manchester'dan Bölünmüş faz İşareti koduna dönüşüm Şekil 6'da gösterilmiştir. Giriş ve saat sinyali, bir D-flip flopunu saatlemek için bir AND geçidinden geçirilir.

D-flip aşağıdaki denklem tarafından yönetilir:

Qsonraki = Q'

Çıkış sinyali şu şekilde elde edilir:

Çıktı= Clk & Q + Clk' Q'

● Daha Fazla Satır Kodu Dönüşümü

Yukarıdaki dönüşümleri kullanarak, daha fazla satır kodu için tasarımları kolayca elde edebilirsiniz. Örneğin, NRZ(L)'den Bölünmüş-faz Manchester koduna dönüştürme ve Bölünmüş-faz Manchester Kodundan Bölünmüş-faz İşaret koduna dönüştürme, NRZ(L)'den Bölünmüş-faz İşaret koduna doğrudan elde etmek için birleştirilebilir.

2. Adım: GreenPAK Tasarımları

Yukarıda gösterilen dönüştürme şemaları, bazı yardımcı harici bileşenlerle birlikte GreenPAK™ tasarımcısında kolayca uygulanabilir. SLG46537, verilen tasarımları gerçekleştirmek için bol miktarda kaynak sağlar. GreenPAK dönüştürme tasarımları, öncekiyle aynı sırada sağlanır.

Adım 3: GreenPAK'ta NRZ(L)'den RZ'ye

Şekil 7'deki NRZ(L) - RZ için GreenPAK Tasarımı, eklenen bir DLY bloğu olması dışında Adım 1'de gösterilene benzer. Bu blok isteğe bağlıdır ancak saat ve giriş sinyalleri arasındaki senkronizasyon hatalarının giderilmesini sağlar.

Adım 4: GreenPAK'ta NRZ(L)'den RB'ye

NRZ(L) - RB için GreenPAK tasarımı Şekil 8'de gösterilmektedir. Şekil, Adım 1'de verilen amaçlanan tasarımı elde etmek için CMIC'deki mantık bileşenlerinin nasıl bağlanacağını göstermektedir.

Adım 5: GreenPAK'ta NRZ(L)'den AMI'ye

Şekil 9, NRZ(L)'den AMI'ye dönüşüm için GreenPAK CMIC'nin nasıl yapılandırılacağını gösterir. Adım 1'de verilen yardımcı harici bileşenlerle birlikte bu şema, istenen dönüşüm için kullanılabilir.

Adım 6: GreenPAK'ta AMI'den RZ'ye

Şekil 10'da AMI'den RZ'ye dönüşüm için GreenPAK tasarımı gösterilmektedir. Op-amp ve diyotlarla birlikte bu şekilde yapılandırılan GreenPAK CMIC, gerekli çıkışı elde etmek için kullanılabilir.

7. Adım: NRZ(L)'den GreenPAK'ta Manchester'ı Bölünmüş Aşamaya Geçiş

Şekil 11'de, NRZ(L)'den Split-faz Manchester dönüşümüne ulaşmak için GreenPAK tasarımında bir NXOR kapısı kullanılmıştır.

Adım 8: Manchester'dan GreenPAK'te Ayrık Aşama İşaret Koduna

Şekil 12'de Bölünmüş faz Manchester için Bölünmüş faz İşaret kodu için GreenPAK tasarımı verilmiştir. Dönüştürme tasarımı tamamlanmıştır ve dönüştürme işlemi için harici bir bileşene gerek yoktur. Giriş ve saat sinyalleri arasındaki senkronizasyon hatalarından kaynaklanan aksaklıkları gidermek için DLY blokları isteğe bağlıdır.

9. Adım: Deneysel Sonuçlar

Sunulan tüm tasarımlar doğrulama için test edildi. Sonuçlar öncekiyle aynı sırayla sağlanır.

Adım 10: NRZ(L)'den RZ'ye

NRZ(L)'den RZ'ye dönüşüm için deneysel sonuçlar Şekil 13'te gösterilmektedir. NRZ(L) sarı renkle ve RZ mavi renkle gösterilmiştir.

Adım 11: NRZ(L)'den RB'ye

NRZ(L)'den RB'ye dönüşüm için deneysel sonuçlar Şekil 14'te verilmiştir. NRZ(L) kırmızı ile ve RB mavi ile gösterilmiştir.

Adım 12: NRZ(L)'den AMI'ye

Şekil 15, NRZ(L)'den AMI'ye dönüşüm için deneysel sonuçları göstermektedir. NRZ(L) kırmızı ile gösterilir ve AMI sarı ile gösterilir.

Adım 13: AMI'den RZ'ye

Şekil 16, AMI'den RZ'ye dönüşüm için deneysel sonuçları göstermektedir. AMI, sarı ve mavi ile gösterilen pozitif ve negatif bölümlere ayrılmıştır. Dönüştürülen çıkış RZ sinyali kırmızı ile gösterilir.

Adım 14: NRZ(L)'den Bölünmüş Aşamalı Manchester'a

Şekil 17, NRZ(L)'den Split-faz Manchester dönüşümüne yönelik deneysel sonuçları göstermektedir. NRZ(L) sinyali sarı renkte gösterilir ve dönüştürülmüş çıkış Bölünmüş fazlı Manchester sinyali mavi renkte gösterilir.

Adım 15: Ayrı Aşamalı Manchester'dan Ayrı Aşamalı İşaret Koduna

Şekil 18, Split-phase Manchester'dan Split-phase Mark koduna dönüşümü göstermektedir. Manchester kodu sarı, Mark kodu mavi ile gösterilir.

Çözüm

Hat kodları, çeşitli endüstrilerde evrensel olarak kullanılan birkaç seri iletişim protokolünün temelini oluşturur. Birçok uygulamada aranan kolay ve düşük maliyetli bir şekilde hat kodlarının dönüştürülmesi. Bu Eğitilebilir ayrıntılarda, bazı yardımcı harici bileşenlerle birlikte Dialog'un SLG46537'sini kullanarak birkaç satır kodunun dönüştürülmesi için verilmiştir. Sunulan tasarımlar doğrulanmış ve hat kodlarının dönüştürülmesinin Dialog'un CMIC'leri kullanılarak kolayca yapılabileceği sonucuna varılmıştır.