Уровень сигналов и помехоустойчивость

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ

На Сигнальном уровне SpaceWire использует для передачи электических сигналов

метод дифференциальных сигналов низкого напряжения (LVDS) (ANSI/TIA/EIA-644).

Для обеспечения высокоскоростного взаимодействия в методе LVDS

применяются сбалансированные сигналы, использующие низкие колебания

напряжения (обычно, 350 мВ). Сбалансированные, или дифференциальные, сигналы

обеспечивают помехоустойчивость, достаточную для использования низких

напряжений в реальных системах. Низкое колебание напряжения означает малое

энергопотребление на высоких скоростях передачи сигналов. LVDS подходит для

организации соединений между платами в устройствах или между устройствами на расстояниях до 10 м и более.

Уровни сигналов, используемые в LVDS, показаны на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1

Стандартные приемник и передатчик LVDS, соединенные кабелем или

проводником печатной платы с дифференциальным полным сопротивлением 100 Ом, изображены на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Функционирование LVDS

Передатчик LVDS использует логические схемы с переключением тока. Источник постоянного тока (около 3.5 мА) вырабатывает ток, который протекает через передатчик, проходит по среде передачи через резистор приемника сопротивлением 100 Ом и возвращается обратно в передатчик через передающую среду. Две пары транзисторных переключателей передатчика управляют направлением тока через резистор приемника. Когда транзисторы передатчика, обозначенные на рисунке 2.2 знаком '+', включаются, а транзисторы, обозначенные знаком '-', выключаются, ток начинает протекать по направлению, обозначенному на рисунке стрелками, создавая положительное напряжение на резисторе приемника. Когда транзисторы, обозначенные знаком '-', включаются, а транзисторы, обозначенные знаком '+', выключаются, создается обратное направление тока и отрицательное напряжение на резисторе приемника.

Приемники LVDS имеют на входе резистор с высоким сопротивлением,

большая часть тока протекает по резистору 100 Ом, что создает напряжение ±350 мВ при прохождении тока 3,5 мА.

LVDS обладает рядом особенностей, делающих его удобным для передачи

данных [ 6]:

· Близкие постоянные значения тока возбуждения (около +3.5 мА для логической

единицы и около –3.5 мА для логического нуля), которые снижают шумы

переключения источника.

· Высокая устойчивость к разнице заземляющих потенциалов на передатчике и

приемнике. Метод LVDS допускает разницу заземляющих потенциалов до +1 В.

· Высокая защищенность от наведенного шума, т.к. используется дифференциальный

сигнал, передаваемый по витой паре.

· Низкий уровень электромагнитной индукции, т.к. малые, равные по величине и

противоположные по знаку, токи создают малые электромагнитные поля,

уменьшающие друг друга.

· Независимость от напряжения питания конкретного устройства.

· Простой резистор приемника с сопротивлением 100 Ом.

· Защита от неисправностей: приемник имеет на выходе высокий уровень сигнала

(пассивный), когда:

o приемник подключен к питанию и передатчик не подключен;

o происходит короткое замыкание входов;

o происходит разрыв входных проводов.

· Затраты энергии для LVDS обычно составляют около 50 мВт на одну пару

приемник-передатчик, в то время как для методов ECL/PECL эти затраты

составляют около 120 мВт.

LVDS описывают следующие стандарты:

ANSI/TIA/EIA-644; определяет только выходные характеристики передатчика и

входные характеристики приемника.

IEEE 1596.3; определяет уровни логических сигналов и кодирование для пакетной

коммутации, используемой в передаче данных SCI [ 3].

Уровни сигналов и помехоустойчивость для стандарта SpaceWire определены,

опираясь на стандарт ANSI/TIA/EIA-644, т.к. он рассматривает именно и только LVDS,

в то время как стандарт IEEE 1596.3 [ 3] описывает использование LVDS

исключительно в SCI системах.