Область применения микросхем приёмопередатчиков

     Приемопередатчик ISO485 предназначен для работы с интерфейсом RS-485 в полудуплексном режиме, то есть с переключением направления  передачи, для чего на одной из сторон имеются управляющие входы. Гарантированная скорость передачи данных 20 Мбит/с, максимальная — 35 Мбит/с, типовая скорость передачи данных на расстояние 50 метров — 30 Мбит/с.

     Фирма MAXIM выпускает ИС приемопередатчиков, среди которых есть микросхемы для RS-485 с входным сопротивлением 96 кОм. Применение данных микросхем позволяет увеличить количество приемников и передатчиков в одной линии передачи информации до 256. Для ИС приемопередатчиков данной фирмы буква «E» в окончании означает, что данная ИС имеет защиту от электростатических выбросов 15 кВ. Существуют ИС как для дуплексного, так и для полудуплексного режимов. Скорость передачи зависит от скорости нарастания и спада сигналов с выводов приемопередатчика, в некоторых микросхемах существует специальный выход для ее регулирования.

     Разбиение микросхем по скорости и входному сопротивлению приведено в табл. 4. Кроме приемопередатчиков, компания MAXIM выпускает универсальные асинхронные приемопередатчики UART со встроенным приемопередатчиком RS-485, а также микросхемы гальванической изоляции для RS-485. 

Таблица 4

 

     В заключение можно сказать, что для  интерфейса RS-485 приемопередатчики  выпускает большое количество производителей элементной базы, включая такие гиганты, как TexasInstruments (в состав которой теперь входит фирма Burr-Brown), Philips, NationalSemiconductor и др. Кроме приемопередатчиков, компании выпускают и отдельные микросхемы приемников и передатчиков. 

2.2 ИНТЕРФЕЙС LVDS 

     Интерфейс LVDS — low voltaged ifferential signaling (TIA/EIA 644) — используется в скоростных схемах передачи данных. Интерфейс LVDS использует дифференциальную передачу данных с более низкими, чем у RS-485, уровнями сигналов.

Сегодня этот стандарт получил широкое применение в области интерфейсов мониторов.

Выходная  разность сигналов обычно 300 мВ, у приемопередатчиков разных фирм она лежит в диапазоне 140–460 мВ. Линию нагружают сопротивлением 100 Ом. Выходной ток передатчика —  от 2,47 до 4,54 мА. Интерфейс LVDS обладает лучшими  характеристиками потребления по сравнению с RS-485. Максимальная теоретическая скорость передачи данных составляет 1,923 Гбит/c, рекомендованная максимальная скорость — 655 Мбит/с. Фирмы-производители стремятся к преемственности приемопередатчиков RS-485 и LVDS. Это должно облегчить изменение старых разработок в соответствие с новым стандартом. Элементную базу для данного интерфейса производят такие компании, как TexasInstruments, NationalSemiconductor и др. Приемопередатчики данных фирм для LVDS созданы по КМОП-технологии. 

2.3 CAN-ПРОТОКОЛ 

     CAN-протокол  был разработан фирмой RobertBoschGmbH для  использования в автомобильной  электронике и отличается повышенной  помехоустойчивостью и надежностью.  В настоящее время этот интерфейс  широко применяется в промышленности, энергетике. Область применения CAN-протокола в координатах «длина кабеля — скорость передачи данных» показана в табл. 5  

Таблица 5

 

На основе данного протокола создаются и мультиплексные каналы, и скоростные сети. 

     Передача  сигналов CAN-протокола осуществляется по витой паре. Физический уровень  определяется стандартом ISO 11898. Дифференциальное включение приемопередатчиков обеспечивает подавление синфазной помехи, при  этом уровень сигналов составляет 1/3 от значения напряжения питания, а само напряжение питания не определяется жестко. Доминирующим является низкий уровень напряжения, а рецессивным — верхний. При создании каналов с CAN-протоколом применяют гальваническую развязку, причем она может устанавливаться в любой части блока приемопередатчика между линиями ввода-вывода информации и средой передачи данных (обычно это витая пара)

     Элементная  база, поддерживающая CAN, широко выпускается  различными зарубежными фирмами. В табл. 4 представлены приемопередатчики различных фирм.

Приемопередатчики, которые специально разработаны  для применения в автомобильных  мультиплексных шинах, обладают более  низкой скоростью нарастания выходного  сигнала, а следовательно, и более  низкой скоростью передачи данных. Фирмы Siemens и Philips являются лидерами в этом направлении. Не только фирмы, приведенные в табл. 4, но и многие другие выпускают приемопередатчики для линий с CAN-протоколом. Технология их различна: КМОП, биполярная, БиКМОП. 
 

Схему приемопередатчика для CAN-протокола можно разбить на две части:

• осуществляет интерфейс с контроллером протокола, выводы, отвечающие за данную функцию, имеют стандартные КМОП или ТТЛ-уровни для напряжения питания 5 В со стандартными требованиями;
• отвечает за физическую организацию передачи и приема информации на передающую линию.

 

     Основу  приемопередающей части составляет комплементарная пара биполярных или МОП-транзисторов с некоторым набором резисторов и диодов. Отличительной особенностью приемопередающих выводов CANL и CANH являются требования по помехам и электростатике.

     В приемопередатчиках CAN-протокола применяется  четыре основных типа выходных каскадов. CANL и CANH — внешние выводы на линию передачи, TXL и TXH — внутренние сигналы, управляющие передачей, RXL и RXH — внутренние сигналы, идущие на приемную часть.

     В качестве стандарта на интерфейс MILSTD-1553B был принят в 1978 году и до сего времени  активно используется в области  техники спецприменений. «Интерфейс магистральный последовательный системы электронных модулей» ГОСТ 26765.52-87 [9] был принят в СССР в 1987 году, и в качестве основы при его разработке использовался MILSTD-1553B.

     В названных интерфейсах определены не только характеристики линий и  оконечных устройств интерфейса, но и правила организации обмена информацией и контроля ее при передаче, а также состав технических средств интерфейса. Они являются, по сути, стандартами на построение системы в целом и определяют в значительной степени архитектурные решения и программное обеспечение. 

2.4 ОСНОВНЫЕ ПОСТУЛАТЫ,  ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ  ПОСТРОЕНИИ КАНАЛОВ:

• Длина линии не должна быть больше максимальной.
• Суммарная длина шлейфов, отходящих от одной точки ветвления при использовании схемы с двойной трансформаторной развязкой, не должна превосходить 6м.
• Расстояние между соседними точками отводов магистрали должно быть не менее 1м.
• При использовании максимальных геометрических параметров число отводов не должно превосходить 32.

 

        Из анализа графиков следует, что теоретическая пропускная способность ГОСТ 26765.52-87 превосходит возможности стандарта RS-485 при некоторой длине линии передачи. Так, на рис. 14 точкой А обозначено место на графике, согласно которому интерфейс RS-485 при скорости передачи данных в 1 Мбит/с позволяет строить радиальные линии длиной всего лишь около 240 м. 
 
 

     Схему приемопередатчика для MIL-STD-1553B можно  разбить на две части:

• осуществляет интерфейс с контроллером протокола, выводы, отвечающие за данную функцию, имеют стандартные КМОП или ТТЛ-уровни для напряжения питания 5 В со стандартными требованиями;
• отвечает за физическую организацию передачи и приема информации на передающую линию (во многих ИС приемопередатчиков при этом используется дополнительное напряжение питания).

     Элементную  базу, в том числе и приемопередатчики  для MIL-STD-1553B, выпускают различные  фирмы-производители: DataDeviceCorporation (DDC), NationalHybrid, AeroflexCircuitTechnology, UTMC MicroelectronicSystem. Приемопередатчики исполнены в виде гибридных схем или схем по толстопленочной технологии. В частности, приемопередатчики фирмы DDC использовались в оборудовании самолета «Ягуар». Старые серии приемопередатчиков требовали напряжения питания +5 В, а также 15 или 12 В. Последние разработки требуют напряжения питания +5 В. В России приемопередатчики ГОСТ 26765.52-87 выпускает петербургское предприятие ЗАО «НИТИ —Авангард».  

2.5 ИНТЕРФЕЙС МАГИСТРАЛЬНЫЙ ДЛЯ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ 

     Интерфейс магистральный для бортовой аппаратуры (ИМБА), принятый в целях унификации Российским авиационно-космическим агентством, был разработан для использования в качестве системного интерфейса последовательной полудуплексной связи между резервированной бортовой управляющей вычислительной машиной и абонентами целевых и служебных систем космического аппарата (КА). Ориентация интерфейса на электрофизический стандарт RS-485 связана с внедрением более адекватных и перспективных для применения в КА каналов информационного обмена, учитывающих массогабаритные и энергоресурсные ограничения в КА, а также приемлемую для КА с длительными сроками существования технологию распределенной программно-аппаратной поддержки отказоустойчивости в резервированных архитектурах бортовых комплексов управления. Эта технология обеспечивает гибкую реконфигурацию резервов при отказах, а для парирования (обнаружения сбоя, его локализации и маскирования его внешнего проявления) от радиационных воздействий на орбите в реальном масштабе времени — требует увеличения скоростей обмена для реализации необходимой динамики обнаружения сбоя и восстановительных процедур.

     Традиционно используемый в КА интерфейс ГОСТ 26765.52-87 (МIL-SТD-1553В) обеспечивает обмен данными на расстояние до 100 метров со скоростью 1 Мбод. В то же время для большинства КА длина магистрали не превышает 11 метров, а для малых КА и микроспутников — 2 метров. С другой стороны, сравнение затрат на устройства интерфейса ГОСТ 26765.52-87 (МIL-SТD-1553В) и RS-485 показывает ряд преимуществ последнего: 

• по  стоимости комплектующих  — снижение в 20 раз  при использовании  зарубежных электронных  радиокомпонентов (в 6 раз — отечественных);
• по энергопотреблению — уменьшение в 6 раз (с гальванической развязкой);
• по скорости — увеличение в 10 раз (до 10 Мбод на расстоянии до 60 метров).

 

     Функции технических средств ИМБА и его  базовые принципы организации логического  протокола обмена ориентированны на обеспечение максимальной функциональной преемственности к интерфейсу по следующим основным причинам: 

• соответствие  основных функций  устройств интерфейса требованиям используемой технологии поддержки  отказо- и сбоеустойчивости;
• достаточный уровень верификации, подтвержденный длительным и массовым применением в реально функционирующих системах;
• минимальная избыточность, то есть информационная экономичность, его битовой (двоичной) организации форматов обмена;
• адекватность резервирования отказоустойчивым применениям в бортовых комплексах.

 

     В ИМБА используется все три функциональных режима устройств интерфейса (УИ), а именно: в рабочей конфигурации резервных копий вычислительных машин (РКМ) ведущая вычислительная машина (ВМ) в режиме контроллера инициирует обмены с УИ абонентов, находящихся в режиме оконечных устройств. Остальные ВМ РКМ осуществляют прослушивание и контроль обменов в режиме мониторов. В интересах обеспечения сбое и отказоустойчивого управления в реальном масштабе времени в ИМБА сохранен жесткий командно-ответный принцип обмена с контролем приема сообщений по достоверности и времени.

При сохранении еще целого ряда характеристик ИМБА имеет следующие отличия:

     Выбранный формат элемента данных — 11-битовая  посылка, включающая стартовый бит, 8-разрядное информационное поле, бит  признака адресной посылки (А) и стоповый бит, который завершает передачу, учитывая возможность использования поддержки протокола через последовательные порты RS-232 широко распространенного класса однокристальных микроконтроллеров семейства MCS-51. В них на восьмой бит посылки вместо функции контроля четности, не обеспечивающей эффективной защиты от импульсных помех в линиях передачи информации при NRZ-кодировании сигналов в стандарте RS-485, возложена функция идентификации адресной посылки в целях снижения потока прерываний в микроконтроллерах абонентов, подключенных к магистрали.