Conversores de codificação de linha serial DIY: 15 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

A comunicação de dados seriais se tornou onipresente em muitas aplicações industriais e existem várias abordagens para projetar qualquer interface de comunicação de dados seriais. É conveniente empregar um dos protocolos padrão, ou seja, UART, I2C ou SPI. Além disso, existem vários outros protocolos para aplicações mais dedicadas, como CAN, LIN, Mil-1553, Ethernet ou MIPI. Outra opção para lidar com dados seriais é usar protocolos personalizados. Esses protocolos geralmente são baseados em códigos de linha. Os tipos mais comuns de codificação de linha são NRZ, código Manchester, AMI etc. [Decodificação de protocolo configurável de sinais codificados em Manchester e NRZ, Teledyne Lecroy Whitepape].

Exemplos de protocolos seriais especializados incluem DALI para controle de iluminação de edifícios e PSI5, que é usado para conectar sensores a controladores em aplicações automotivas. Ambos os exemplos são baseados na codificação Manchester. Da mesma forma, o protocolo SENT é usado para links automotivos de sensor para controlador, e o barramento CAN comumente usado para permitir a comunicação entre microcontroladores e outros dispositivos em aplicações automotivas é baseado na codificação NRZ. Além disso, muitos outros protocolos complexos e especializados foram e estão sendo projetados usando os esquemas Manchester e NRZ.

Cada um dos códigos de linha tem seus próprios méritos. No processo de transmissão de um sinal binário ao longo de um cabo, por exemplo, pode surgir distorção que pode ser mitigada significativamente usando o código AMI [Petrova, Pesha D. e Boyan D. Karapenev. "Síntese e simulação de conversores de código binário." Telecommunications in Modern Satellite, Cable and Broadcasting Service, 2003. TELSIKS 2003. 6ª Conferência Internacional sobre. Vol. 2. IEEE, 2003]. Além disso, a largura de banda de um sinal AMI é menor do que o formato RZ equivalente. Da mesma forma, o código Manchester não tem algumas das deficiências inerentes ao código NRZ. Por exemplo, o uso do código Manchester em uma linha serial remove componentes DC, fornece recuperação de relógio e fornece um nível comparativamente alto de imunidade a ruído [Hd-6409 Renesas Datasheet].

Portanto, a utilidade da conversão de códigos de linha padrão é óbvia. Em muitas aplicações onde os códigos de linha são usados direta ou indiretamente, a conversão do código binário é necessária.

Neste Instructable, apresentamos como realizar conversores de codificação de linha múltipla usando um Dialog SLG46537 CMIC de baixo custo.

Abaixo, descrevemos as etapas necessárias para entender como o chip GreenPAK foi programado para criar os conversores de codificação de linha serial. No entanto, se você deseja apenas obter o resultado da programação, baixe o software GreenPAK para visualizar o arquivo de design GreenPAK já concluído. Conecte o GreenPAK Development Kit ao seu computador e acesse o programa para criar o IC personalizado para os conversores de codificação de linha serial.

Etapa 1: Projetos de conversão

O design dos seguintes conversores de código de linha são fornecidos neste Instructable:

● NRZ (L) a RZ

A conversão de NRZ (L) para RZ é simples e pode ser obtida pelo uso de uma única porta AND. A Figura 1 mostra o design dessa conversão.

● NRZ (L) para RB

Para a conversão de NRZ (L) em RB, precisamos atingir três níveis lógicos (-1, 0, +1). Para este propósito, empregamos um 4066 (chave analógica quádrupla) para fornecer chaveamento bipolar de 5 V, 0 V e -5 V. A lógica digital é usada para controlar a chaveamento dos três níveis lógicos pela seleção de 4066 entradas de habilitação 1E, 2E e 3E [Petrova, Pesha D. e Boyan D. Karapenev. "Síntese e simulação de conversores de código binário." Telecommunications in Modern Satellite, Cable and Broadcasting Service, 2003. TELSIKS 2003. 6ª Conferência Internacional sobre. Vol. 2. IEEE, 2003].

O controle lógico é implementado da seguinte forma:

Q1 = Sinal & Clk

Q2 = Clk '

Q3 = Clk & Sinal '

O esquema geral de conversão é mostrado na Figura 2.

● NRZ (L) para AMI

A conversão de NRZ (L) para AMI também emprega o IC 4066, pois o código AMI tem 3 níveis lógicos. O esquema de controle lógico é resumido na Tabela 1 correspondente ao esquema de conversão geral mostrado na Figura 3.

O esquema lógico pode ser escrito da seguinte maneira:

Q1 = (Sinal & Clk) & Q

Q2 = (Sinal & Clk) '

Q3 = (Sinal & Clk) & Q '

Onde Q é a saída do D-Flip flop com a seguinte relação de transição:

Qnext = Sinal & Qprev '+ Sinal' & Qprev

● AMI para RZ

Para a conversão de AMI em RZ, dois diodos são usados para dividir o sinal de entrada em partes positivas e negativas. Um amplificador operacional de inversão (ou um circuito lógico baseado em transistor) pode ser empregado para inverter a parte negativa separada do sinal. Finalmente, esse sinal invertido é passado para uma porta OR junto com o sinal positivo para obter o sinal de saída desejado no formato RZ, conforme mostrado na Figura 4.

● NRZ (L) para Manchester em fase dividida

A conversão de NRZ (L) para Manchester de fase dividida é direta, conforme mostrado na Figura 5. O sinal de entrada junto com o sinal de clock é passado para uma porta NXOR para obter o sinal de saída (de acordo com a convenção G. E. Thomas). Um portão XOR também pode ser usado para obter o código Manchester (de acordo com a convenção IEEE 802.3) [https://en.wikipedia.org/wiki/Manchester_code].

● Código de Manchester de fase dividida para Mark de fase dividida

A conversão de Manchester de fase dividida para código Mark de fase dividida é mostrada na Figura 6. A entrada e o sinal de clock são passados por uma porta AND para cronometrar um D-flip flop.

O D-flip é governado pela seguinte equação:

Qnext = Q '

O sinal de saída é obtido da seguinte forma:

Saída = Clk & Q + Clk 'Q'

● Mais conversões de código de linha

Usando as conversões acima, pode-se obter facilmente os designs para mais códigos de linha. Por exemplo, a conversão de código Manchester de NRZ (L) em fase dividida e o código Manchester de fase dividida em código Mark de fase dividida podem ser combinados para obter diretamente o código de marca NRZ (L) em fase dividida.

Etapa 2: Projetos GreenPAK

Os esquemas de conversão mostrados acima podem ser facilmente implementados no designer GreenPAK ™ junto com alguns componentes externos auxiliares. O SLG46537 oferece amplos recursos para realizar os projetos fornecidos. Os designs de conversão do GreenPAK são fornecidos na mesma ordem de antes.

Etapa 3: NRZ (L) a RZ no GreenPAK

O projeto GreenPAK de NRZ (L) a RZ na Figura 7 é semelhante ao mostrado na Etapa 1, exceto que há um bloco DLY adicionado. Este bloco é opcional, mas fornece redução de glitching para os erros de sincronização entre o relógio e os sinais de entrada.

Etapa 4: NRZ (L) para RB no GreenPAK

O projeto GreenPAK de NRZ (L) a RB é mostrado na Figura 8. A figura mostra como conectar os componentes lógicos no CMIC para atingir o projeto pretendido fornecido na Etapa 1.

Etapa 5: NRZ (L) para AMI no GreenPAK

A Figura 9 ilustra como configurar o GreenPAK CMIC para conversão de NRZ (L) em AMI. Este esquema, juntamente com os componentes externos auxiliares fornecidos na Etapa 1, podem ser usados para a conversão desejada

Etapa 6: AMI para RZ no GreenPAK

Na Figura 10, é mostrado o projeto GreenPAK para conversão de AMI em RZ. O GreenPAK CMIC configurado de forma junto com op-amp e diodos pode ser usado para obter a saída necessária.

Etapa 7: NRZ (L) para Manchester de fase dividida em GreenPAK

Na Figura 11, uma porta NXOR é empregada no projeto GreenPAK para obter a conversão NRZ (L) para Manchester de fase dividida.

Etapa 8: Código de marca Manchester de fase dividida para fase dividida no GreenPAK

Na Figura 12 é dado o projeto GreenPAK para código Manchester de fase dividida para Mark de fase dividida. O design para a conversão está completo e nenhum componente externo é necessário para o processo de conversão. Os blocos DLY são opcionais para remover as falhas que surgem devido a erros de sincronização entre os sinais de entrada e de relógio.

Etapa 9: Resultados Experimentais

Todos os projetos apresentados foram testados para verificação. Os resultados são fornecidos na mesma ordem de antes.

Etapa 10: NRZ (L) para RZ

Os resultados experimentais para a conversão de NRZ (L) em RZ são mostrados na Figura 13. NRZ (L) é mostrado em amarelo e RZ é mostrado em azul.

Etapa 11: NRZ (L) para RB

Os resultados experimentais para a conversão de NRZ (L) em RB são dados na Figura 14. NRZ (L) é mostrado em vermelho e RB é mostrado em azul.

Etapa 12: NRZ (L) para AMI

A Figura 15 mostra os resultados experimentais para a conversão de NRZ (L) em AMI. NRZ (L) é mostrado em vermelho e AMI é mostrado em amarelo.

Etapa 13: AMI para RZ

A Figura 16 mostra os resultados experimentais para a conversão de AMI em RZ. AMI é dividido em partes positivas e negativas mostradas em amarelo e azul. O sinal RZ de saída convertido é mostrado em vermelho.

Etapa 14: NRZ (L) para Manchester da fase dividida

A Figura 17 mostra os resultados experimentais para NRZ (L) para conversão Manchester de fase dividida. O sinal NRZ (L) é mostrado em amarelo e o sinal Manchester de fase dividida de saída convertido é mostrado em azul.

Etapa 15: Código de marca Manchester de fase dividida para fase dividida

A Figura 18 mostra a conversão do código Manchester de fase dividida para o código Mark de fase dividida. O código Manchester é mostrado em amarelo, enquanto o código Mark é mostrado em azul.

Conclusão

Os códigos de linha formam a base de vários protocolos de comunicação serial que são usados universalmente em diversos setores. Conversão de códigos de linha de forma fácil e econômica procurada em muitas aplicações. Neste Instructable detalhes são fornecidos para a conversão de vários códigos de linha usando SLG46537 da Dialog junto com alguns componentes externos auxiliares. Os projetos apresentados foram verificados e conclui-se que a conversão dos códigos de linha pode ser feita facilmente usando os CMICs da Dialog.