标准是优化高速数据总线通信的关键

模拟和混合信号产品设计师经常面临的任务是,为发送二进制数据选择和优化接口。虽然数据传输功能对产品的中心目的而言可能是次要的,但在互连日益盛行的世界中,大部分客户期望有一种可靠且高效的方法将新产品互相连在一起。

  在就高速通信的解决方案做出任何决定之前,设计师应该确定最终应用的相关需求与限制。它们包括:数据速率、系统可靠性、所有元件的成本、邻近的相连节点和端点之间的距离、以及连通性,即工作模式(单工或双工)和互连的拓扑结构(菊花链、星形或环形)。

  需要注意的是,在某个应用中被视为“高速”的互连在另一个应用中可能被认为是慢速的。数据通信所需要的速率取决于连接到网络上的节点数、支持每个节点所需的数据、节点之间允许的数据延迟时间、以及为将来升级所做的预留。

  数家机构正在积极地制订和维护数据总线通信标准。它们包括:ieee、电信工业协会/电子工业协会(tia/eia)和国际电信联盟(itu)。数家贸易组织现在正努力推广特定的总线标准和一系列被广泛认可的、涵盖了各种需求的现有数据总线标准:rs-232、rs-485、can、tia/eia-644 (lvds)和ieee 1394(firewire)。

  除非出于高于一切的原因而被迫开发专有解决方案,否则设计师将受益于使用现有标准的优势:可互换性、现成的元件、已知的特性以及客户的易接受性。为任何特定应用选择最佳解决方案的第一步是调查最常用的标准。

  一旦选定了适当的标准,下一步是对总线设计进行优化,以便能在高速率下可靠地传输数据。每种有线传输标准可能有不同的工作范围,因此各个标准实际定义的“高”信号发送速率可能各不相同。

  随着信号发送速率的增高,电噪声效应变得更加突出,特别是在高频应用中。所有的电缆、印刷蚀刻线路、甚至元件引脚都可能像天线一样接收和辐射电子能量。天线的主要波长与基本频率是成反比的,因此,随着基本频率的增高,甚至相对较短的线长也会变成高效的天线,去辐射和接收电噪声。当波长是线长的4倍时,噪声耦合(磁场耦合与电场耦合)会达到实际的最大值。

  为减少由数据发送器产生的电噪声,基本频率不应超过应用的严格要求。这意味着,应该对信号转换的速率(转换率)加以控制以减少发射噪声。类似地,为了减少数据总线上接收到的电噪声,接收器的频率响应应该被恰好限制在有效数据的频率范围之内。

  对于任何电子数据总线网络,随着信号发送的时间与信号在总线上传播的时间变得不相上下,设计师必须考虑在节点和线路两端的终端阻抗效应。在总线特性阻抗中的任何不连续处都将会产生信号反射。如果所有反射(主和次)都发生在发送信号期间的转换阶段,那么它们可以被忽略。

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计