Convertidors de codificació de línia de bricolatge: 15 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

La comunicació de dades en sèrie s’ha convertit en omnipresent en moltes aplicacions industrials i existeixen diversos enfocaments per dissenyar qualsevol interfície de comunicació de dades en sèrie. És convenient emprar un dels protocols estàndard, és a dir, UART, I2C o SPI. A més, existeixen diversos altres protocols per a aplicacions més dedicades com CAN, LIN, Mil-1553, Ethernet o MIPI. Una altra opció per gestionar dades de sèrie és utilitzar protocols personalitzats. Aquests protocols solen basar-se en codis de línia. Els tipus més habituals de codificació de línia són NRZ, codi Manchester, AMI, etc. [Configurable Protocol Decoding of Manchester and NRZ-Coded Signals, Teledyne Lecroy Whitepape].

Alguns exemples dels protocols sèrie especialitzats inclouen DALI per al control de la il·luminació d’edificis i PSI5 que s’utilitza per connectar sensors a controladors en aplicacions automotrius. Tots dos exemples es basen en la codificació de Manchester. De la mateixa manera, el protocol SENT s’utilitza per a enllaços sensor-controlador d’automòbils i el bus CAN que s’utilitza habitualment per permetre la comunicació entre microcontroladors i altres dispositius en aplicacions automotrius es basa en la codificació NRZ. A més, s’han dissenyat i s’estan dissenyant molts altres protocols complexos i especialitzats mitjançant esquemes de Manchester i NRZ.

Cadascun dels codis de línia té els seus propis mèrits. En el procés de transmissió d’un senyal binari al llarg d’un cable, per exemple, pot sorgir una distorsió que es pot mitigar significativament mitjançant l’ús del codi AMI [Petrova, Pesha D. i Boyan D. Karapenev. "Síntesi i simulació de convertidors de codi binari." Telecommunications in Modern Satellite, Cable and Broadcasting Service, 2003. TELSIKS 2003. 6a Conferència Internacional sobre. Vol. 2. IEEE, 2003]. A més, l’amplada de banda d’un senyal AMI és inferior al format RZ equivalent. De la mateixa manera, el codi de Manchester no té algunes de les deficiències inherents al codi NRZ. Per exemple, l'ús del codi Manchester en una línia de sèrie elimina els components de CC, proporciona recuperació de rellotge i proporciona un nivell comparativament alt d'immunitat al soroll [Full de dades Renesas Hd-6409].

Per tant, la utilitat de la conversió de codis de línia estàndard és òbvia. En moltes aplicacions on s’utilitzen directament o indirectament codis de línia, és necessària la conversió de codi binari.

En aquest instructiu, presentem com realitzar convertidors de codificació de línies múltiples mitjançant un Dialog SLG46537 CMIC de baix cost.

A continuació es descriuen els passos necessaris per entendre com s'ha programat el xip GreenPAK per crear els convertidors de codificació de línia sèrie. Tot i això, si només voleu obtenir el resultat de la programació, descarregueu-vos el programari GreenPAK per veure el fitxer de disseny GreenPAK ja completat. Connecteu el kit de desenvolupament GreenPAK a l'ordinador i premeu el programa per crear l'IC personalitzat per als convertidors de codificació de línia de sèrie.

Pas 1: dissenys de conversió

El disseny dels següents convertidors de codis de línia es proporciona en aquesta instrucció:

● NRZ (L) a RZ

La conversió de NRZ (L) a RZ és senzilla i es pot aconseguir utilitzant una sola porta AND. La figura 1 mostra el disseny d'aquesta conversió.

● NRZ (L) a RB

Per a la conversió de NRZ (L) a RB, hem d'assolir tres nivells lògics (-1, 0, +1). Amb aquest propòsit, utilitzem un commutador analògic 4066 (quad-bilateral) per proporcionar commutació bipolar de 5 V, 0 V i -5 V. La lògica digital s’utilitza per controlar la commutació dels tres nivells lògics mitjançant la selecció de 4066 entrades d’habilitació. 1E, 2E i 3E [Petrova, Pesha D. i Boyan D. Karapenev. "Síntesi i simulació de convertidors de codi binari." Telecommunications in Modern Satellite, Cable and Broadcasting Service, 2003. TELSIKS 2003. 6a Conferència Internacional sobre. Vol. 2. IEEE, 2003].

El control lògic s’implementa de la següent manera:

Q1 = Signal & Clk

Q2 = Clk '

Q3 = Clk i senyal"

L'esquema de conversió general es mostra a la figura 2.

● NRZ (L) a AMI

La conversió NRZ (L) a AMI també utilitza el 4066 IC ja que el codi AMI té 3 nivells lògics. L'esquema de control lògic es resumeix a la taula 1 corresponent a l'esquema de conversió global que es mostra a la figura 3.

L'esquema lògic es pot escriure de la següent manera:

Q1 = (Signal & Clk) & Q

Q2 = (senyal i clk)"

Q3 = (Signal & Clk) & Q '

On Q és la sortida del D-Flip flop amb la relació de transició següent:

Qnext = Senyal i Qprev '+ Senyal' i Qprev

● AMI a RZ

Per a la conversió AMI a RZ s’utilitzen dos díodes per dividir el senyal d’entrada en parts positives i negatives. Es pot emprar un amplificador operacional inversor (o un circuit lògic basat en transistors) per invertir la part negativa separada del senyal. Finalment, aquest senyal invertit es passa a una porta OR junt amb el senyal positiu per obtenir el senyal de sortida desitjat en el format RZ tal com es mostra a la figura 4.

● NRZ (L) a Manchester de fase dividida

La conversió de NRZ (L) a Manchester de fase dividida és directa com es mostra a la figura 5. El senyal d’entrada junt amb el senyal de rellotge es passa a una porta NXOR per obtenir el senyal de sortida (segons la convenció de G. E. Thomas). També es pot utilitzar una porta XOR per obtenir el codi de Manchester (segons la convenció IEEE 802.3) [https://en.wikipedia.org/wiki/Manchester_code].

● Codi de Manchester de fase dividida a marca de fase dividida

La conversió del codi de marca Split-phase Manchester a Split-phase Mark es mostra a la figura 6. L’entrada i el senyal de rellotge es passen per una porta AND per marcar un D-flip flop.

El D-flip es regeix per la següent equació:

Qnext = Q '

El senyal de sortida s’obté de la següent manera:

Sortida = Clk & Q + Clk 'Q'

● Més conversions de codis de línia

Mitjançant les conversions anteriors es poden obtenir fàcilment els dissenys de més codis de línia. Per exemple, la conversió de codi Manchester de NRZ (L) a fase dividida i la conversió de codi de codi de Manchester a fase dividida a marca dividida es poden combinar per obtenir directament el codi de marca NRZ (L) a fase dividida.

Pas 2: Dissenys GreenPAK

Els esquemes de conversió mostrats anteriorment es poden implementar fàcilment en el dissenyador GreenPAK ™ juntament amb alguns components externs auxiliars. El SLG46537 proporciona amplis recursos per dur a terme els dissenys donats. Els dissenys de conversió de GreenPAK es proporcionen en el mateix ordre que abans.

Pas 3: de NRZ (L) a RZ a GreenPAK

El disseny de GreenPAK per a NRZ (L) a RZ a la figura 7 és similar al que es mostra al pas 1 excepte que hi ha un bloc DLY afegit. Aquest bloc és opcional, però permet eliminar els errors de sincronització entre el rellotge i els senyals d'entrada.

Pas 4: NRZ (L) a RB a GreenPAK

El disseny GreenPAK de NRZ (L) a RB es mostra a la figura 8. La figura mostra com connectar els components lògics del CMIC per aconseguir el disseny previst al pas 1.

Pas 5: NRZ (L) a AMI a GreenPAK

La figura 9 il·lustra com configurar GreenPAK CMIC per a la conversió de NRZ (L) a AMI. Aquest esquema juntament amb components externs auxiliars donats al pas 1 es poden utilitzar per a la conversió desitjada

Pas 6: AMI a RZ a GreenPAK

A la Figura 10 es mostra el disseny de GreenPAK per a la conversió AMI a RZ. El GreenPAK CMIC configurat de tal manera juntament amb amplificadors operatius i díodes es pot utilitzar per obtenir la sortida necessària.

Pas 7: NRZ (L) a Manchester de fase dividida a GreenPAK

A la figura 11 s'utilitza una porta NXOR en el disseny de GreenPAK per obtenir la conversió de Manchester NRZ (L) a fase dividida.

Pas 8: Codi de marca de Manchester a fase dividida a GreenPAK

A la figura 12 es dóna el disseny de GreenPAK per al codi Mark de fase dividida de Manchester a fase dividida. El disseny de la conversió és complet i no cal cap component extern per al procés de conversió. Els blocs DLY són opcionals per eliminar les fallades derivades d’errors de sincronització entre els senyals d’entrada i de rellotge.

Pas 9: Resultats experimentals

Tots els dissenys presentats es van provar per verificar-los. Els resultats es proporcionen en el mateix ordre que abans.

Pas 10: de NRZ (L) a RZ

Els resultats experimentals per a la conversió de NRZ (L) a RZ es mostren a la Figura 13. NRZ (L) es mostra en groc i RZ es mostra en blau.

Pas 11: de NRZ (L) a RB

Els resultats experimentals per a la conversió de NRZ (L) a RB es donen a la Figura 14. NRZ (L) es mostra en vermell i RB es mostra en blau.

Pas 12: NRZ (L) a AMI

La figura 15 mostra els resultats experimentals de la conversió NRZ (L) a AMI. NRZ (L) es mostra en vermell i AMI en groc.

Pas 13: AMI a RZ

La figura 16 mostra els resultats experimentals de la conversió AMI a RZ. L’AMI es divideix en parts positives i negatives que es mostren en groc i blau. El senyal RZ de sortida convertit es mostra en vermell.

Pas 14: NRZ (L) a Manchester de fase dividida

La Figura 17 mostra els resultats experimentals per a la conversió de Manchester de NRZ (L) a fase dividida. El senyal NRZ (L) es mostra en groc i la sortida convertida del senyal Manchester de fase dividida es mostra en blau.

Pas 15: Codi de marca de Manchester a fase dividida

La figura 18 mostra la conversió del codi de Manchester de fase dividida a codi de marca de fase dividida. El codi Manchester es mostra en groc, mentre que el codi Mark es mostra en blau.

Conclusió

Els codis de línia constitueixen la base de diversos protocols de comunicació en sèrie que s’utilitzen universalment en diverses indústries. Conversió de codis de línia d'una manera fàcil i econòmica buscada en moltes aplicacions. En aquest document es proporcionen detalls sobre la conversió de diversos codis de línia mitjançant SLG46537 de Dialog juntament amb alguns components externs auxiliars. Els dissenys presentats s'han verificat i es conclou que la conversió de codis de línia es pot fer fàcilment mitjançant els CMIC de Dialog.