СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА

September 26, 2013 by admin Комментировать »

В этой главе рассмотрены устройства и применяемые в них интегральные схемы (передатчики, приемники и приемопередатчики), выполняющие функции сопряжения цифровых устройств с внешней аппаратурой. Существует мнение о том, что единственная задача при выборе схемы сопряжения – это поиск интерфейсной ИС с необходимым количеством каналов. Однако есть и другие проблемы, влияющие на работу системы в целом. Им и посвящена эта глава.

Длина кабеля интерфейса

В старом стандарте на интерфейс RS-232C максимальная длина кабеля ограничена 50 футами[1]. Более поздний стандарт EIA-232D требует, чтобы емкость кабеля не превышала 2500 пФ. Такое изменение параметров (от длины кабеля к его емкостным характеристикам) вызвано одной из особенностей интерфейса RS-232C. Этот стандарт не только не учитывает емкостные свойства кабеля, но и устанавливает ограничение на его длину, что часто не принимается во внимание разработчиками.

Стандарт EIA-232D учитываетдлину кабеля косвенно, через емкость нагрузки, не оговаривая прямо его максимальную протяженность. Так как удельная емкость кабеля может меняться от 12 пФ/фут для простой витой пары до 30 пФ/фут для малошумящего экранированного кабеля, при определении максимальной длины линии связи имеется некоторая неопределенность.

Емкость кабеля имеет большое значение во время передачи сигналов переменного тока. При ее возрастании от передатчика требуется увеличение амплитуды передаваемого тока, что, в свою очередь, приводит к росту среднего значения тока потребления при данной скорости передачи сигналов (см. рис. 3.1). К тому же комплексное сопротивление кабеля и выходное комплексное сопротивление передатчика образуют делитель переменного тока. И чем выше емкость кабеля, тем ниже его комплексное сопротивление и, следовательно, меньше амплитуда сигнала

на выходе передатчика (см. рис. 3.2). Такие потери сигнала становятся существенной проблемой, если значение напряжения на приемном конце падает ниже уровня 5 В, минимально допустимого для нормальной работы большинства цифровых устройств.

Наконец, емкость кабеля ограничивает максимальную скорость нарастания (спада) выходного напряжения передатчика сигналов (см. рис. 3.3). Этот параметр пределяет время переключения между уровнями сигналов +3 и -3 В (более подробно он рассматривается в главе 6). В соответствии с Рекомендацией MKKTT V.28, а также стандартами RS-232C и EIA-232D время переключения ограничивает максимальную скорость передачи данных (см. табл. 3.1).

Простейший способ определения максимально допустимой длины кабеля для интерфейсной (по EIA-232D) ИС приемопередатчика – разделить предельно допустимую емкость нагрузки (в соответствии со стандартом – 2500 пФ) на значение удельной емкости применяемого кабеля. Затем, если длина реального кабеля превышает это расчетное значение, следует проверить качество работы при подключенном кабеле и убедиться, что приемопередатчик функционирует в заданном режиме и обеспечивает максимальную (в соответствии со стандартом) скорость передачи данных.

Vvit. ЗЛ . ^OgMCM*OCTbTOKC> TO5Vpte6rteVfA9i

MAX220 от емкости нагрузки при работе двух передатчиков

Рис. 3.2. Зависимость выходного накржкямил MAXT20 от eN*x>cw нагрузки при работе двух передатчиков

Таблица 3.1. Сравнение максимально допустимого времени переключения для стандартов RS-232C EIA-232D и Рекомендации MKKTTV.28

RS-232C

EIA-232D

MKKTT V.28

Максимальная скорость нарастания напряжения

30 В/мкс

30 В/мкс

30 В/мкс

Макс. время переключения при скорости передачи:

< 40 бит/с

1 мс

1 мс

< 30 бит/с (только для V.28)

1 мс

от 40 бит/с до 8 Кбит/с

4% межбитового

4% межбитового

3% межбитового

интервала

интервала

интервала

> 8 Кбит/с

4% межбитового

5 мкс

3% межбитового

интервала

интервала

На рис. 3.4 видно, что можно повысить скорость передачи данных по сравнению с указанной в стандартах (см. табл. 3.1). Увеличение длины кабеля ведет к росту емкости линии и возрастанию времени переключения сигнала, что ограничивает, таким образом, скорость передачи данных. Тем не менее вы можете заметно увеличить длину кабеля и скорость передачи данных по сравнению с ограничениями, установленными стандартом EIA-232D.

Рис. 3.4. Зависимость максимольно допустимого времени переключения от интервало между битами для стандортов RS-232C, EIA-232D и Рекомендации MKKTTV.28

Рис. 3.3. Зависимость скорости нарастания выходного иопряжения от емкости нагрузки для MAX220/232A/ 233A/242/243

Снижение потребляемой мощности и режим отключения

Различные виды портативного оборудования – от считывателей штрихового кода до подводных регистраторов данных – используют линии связи по стандарту EIA- 232D. Минимальный уровень энергопотребления – одно из основных требований к изделиям такого рода, так как большинство портативных устройств имеет батарейное питание. Снижение потребляемой мощности приемопередатчиками, использующими интерфейс EIA-232D, становится важным фактором, так как по мере уменьшения тока потребления в микросхемах КМОП расход энергии в схемах интерфейса составляет существенную часть от общего уровня энергопотребления (схемы на элементах КМОП применяются в большинстве портативных устройств из-за пониженной потребляемой мощности по сравнению с биполярными структурами).

Очевидный способ снижения уровня энергопотребления – отключить все или часть устройства при появлении такой возможности. Однако в некоторых случаях линии трансляции сигнала должны постоянно находиться в активном режиме. Тогда необходимо выбирать приемопередающие схемы с минимальным потреблением тока в состоянии покоя. В тех случаях, когда работа происходит с прерыванием и входные цепи могут периодически отключаться, следует применять приемопередатчики с минимальным током в режиме отключения.

Для сравнения на рис. 3.5 показаны уровни потребления энергии различными интерфейсными ИС фирмы Maxim. Хотя токи потребления микросхем MAX222/242

MAX232A/233A/243 в непрерывном режиме одинаковы (13,5 мА), в режиме рерывания среднее значение тока, потребляемого ИС MAX222/242, меньше для

 рабочего цикла (соотношение времени передачи и времени отключения), чем свидетельствует наклонная линия. С другой стороны, ИС MAX220, которой нет режима отключения, имеет преимущество перед ИС MAX222/242, гда передача данных занимает более двух тре- й (67%) времени рабочего цикла (что демон- грирует вертикальная пунктирная линия), ри этом необходимо учитывать, что сравне- ie указанных уровней потребления энергии ■раничено скоростью 40 Кбит/с, которая пре- „тьна для MAX220. Итак, при выборе схем

герфейса по стандарту EIA-232D, принимая внимание снижение потребления энергии, лбходимо учитывать конкретное применение оотношение времени передачи и времени от- чения. Так, например, ИС MAX220 имеет « покоя 0,5 мА, а ИС MAX222/242 – ток потребления 1 мкА в режиме отключения.

Источник: Ленк Д., 500 практических схем на популярных ИС: Пер. с англ. – М.: ДМК Пресс, – 44 с.: ил. (Серия «Учебник»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты