Sériová digitálna komunikácia sa stala veľmi populárnou. Existuje veľa variácií: medzi štandardnými rozhraniami na doske máme UART, SPI a I2C. "Digitálne" pripojenie sa dá dosiahnuť aj pomocou analógových signálov. Jedným z príkladov je rádiofrekvenčná dátová linka, ktorá využíva analógové amplitúdy, frekvencie alebo fázové zmeny pre bezdrôtový binárny prenos. Existujú aj vysokorýchlostné rozdielové rozhrania, ako napríklad sériové komunikačné linky založené na LVDS alebo USB.

Kód Manchesteru: čo je a prečo sa používa

Pri prenose údajov sa implementujú rôzne metódy kódovania pre bezpečnosť dát a rýchly prenos. Manipulácia v Manchestri je jednou z takýchto digitálnych kódovacích metód. Veľmi sa odlišuje od iných metód, pretože v predvolenom nastavení je každý bit údajov pevný. Stav bitov sa určuje podľa smeru prechodu. Rôzne systémy predstavujú stav bitov inak, ale väčšina systémov predstavuje 1 bit proti prepnutiu z nízkej na vysokú a 0 bitov na prepnutie z vysokej na nízku. Manchester Coding je metóda dátovej modulácie, ktorá sa môže použiť v mnohých situáciách, ale je obzvlášť užitočná pri vysielaní binárnych informácií založených na analógových, vysokofrekvenčných, optických, vysokorýchlostných digitálnych alebo vzdialených digitálnych signáloch. Synchronizácia signálu je hlavnou výhodou kódovania v Manchestri. Poskytuje vyššiu spoľahlivosť s tým istýmrýchlosť prenosu údajov v porovnaní s inými metódami. Ale kódovanie v Manchestri tiež má niektoré nevýhody. Napríklad spotrebuje väčšiu šírku pásma ako výstupný signál.


Všetky typy kódovania z Manchestru majú tieto charakteristiky:

Každý bit sa prenáša v pevne stanovenom čase.

"1" sa označí, keď nastane prechod z vysokého na nízky; "0" sa vyjadruje, keď sa vykoná prechod z nízkej na vysokú.

Prechod použitý pre poznámku 1 alebo 0 sa presne nachádza v polovici obdobia.

Kódovanie vo všeobecnom zmysle je proces prevodu údajov do formátu potrebného na uspokojenie potrieb spracovania informácií, vrátane:

zostavovania a vykonávania programu.

Prenos údajov, ukladanie a kompresia (dekompresia).

Spracovanie údajov o aplikáciách, ako je napríklad transformácia súborov.

Všetky typy kódov môžu mať dva významy:

V oblasti výpočtovej techniky je kódovanie procesom uplatňovania konkrétneho kódu, ako sú písmená, symboly a čísla, na údaje pre konverziu na ekvivalentnú šifru.

V elektronike sa kódovanie vzťahuje na analógovo-digitálnu konverziu.

Trochu histórie

Manchesterský kód (prvýkrát publikovaný v roku 1949) je synchrónna technológia kódovania hodín používaná fyzickou vrstvou na kódovanie hodinových signálov a synchrónnych bitových dát. V tejto metóde sa skutočné binárne dáta, ktoré sa majú prenášať cez kábel, neposielajú ako sekvencia logických jednotiek a núl (známeako technicky nevrátiť na nulu alebo NRZ). Namiesto toho sa bity konvertujú na mierne odlišný formát, ktorý má niekoľko výhod oproti priamemu binárnemu kódovaniu.

Manchesterský kód obsahuje časté prechody na úrovni, ktoré umožňujú prijímaču extrahovať synchronizačný signál pomocou digitálnej fázovo uzamknutej slučky (DPLL) a správne dekódovať hodnoty a synchronizovať každý bit. Aby sa zabezpečila spoľahlivá prevádzka pomocou protokolu DPLL, prenášaný bitový tok musí obsahovať vysokú hustotu bitových rýchlostí. Všetky typy kódov to zaručujú, čo umožňuje DPLL správne vyberať hodinový signál.

Technický popis

Dvojfázový kód Manchester spotrebuje približne dvojnásobok šírky pásma výstupného signálu (20 MHz). Je to pokuta pre vstup do častých prechodov. Pri lokálnej sieti s rýchlosťou 10 Mb /s sa spektrum signálov pohybuje medzi 5 a 20 MHz. Manchester kódovanie sa používa ako fyzická vrstva Ethernet LAN, kde ďalšia šírka pásma nie je významný problém pre prenos koaxiálneho kábla. Obmedzená šírka pásma CAT5e kábla vyžadovala efektívnejšiu metódu kódovania pre prenos 100 Mbps pomocou kódu MLT 4b /5b. Používa tri úrovne signálu (namiesto dvoch úrovní používaných v kódovaní v Manchestri), a preto signál 100 Mbps zaberá šírku pásma 31 MHz. Gigabitový Ethernet používa päť úrovní a 8b /10b kódovanie, aby sa zabezpečilo ešte efektívnejšie využitie obmedzenej šírky pásma prenosom 1 Gbit /s na šírku pásma 100 MHz.

Definícia pojmu

Pri prenose údajov je kód manchesteru forma digitálneho kódovania, v ktorom sú bitové dáta reprezentované prechodmi z jedného logického stavu do druhého. Toto sa líši od bežnejšej metódy, v ktorej je bit reprezentovaný buď vysokým stavom, napríklad +5 voltov, alebo nízkym stavom, napríklad 0 voltami.

Pri použití kódu Manchester II je dĺžka každého dátového bitu nastavená na predvolené. Tým je signál samočinne synchronizovaný. Stav bitov sa určuje podľa smeru prechodu. V niektorých systémoch, prechod od najnižšej k najvyššej, je logické 1 a prechod z vysokého na nízky logická 0. V iných systémoch prechodu z nízkej na vysokú je logická nula a jedna (ako prechod z vysokého na nízky).

Dobré, ale nie dokonalé. Výhody a nevýhody technológie

Hlavnou výhodou Manchester Coding je skutočnosť, že signál je synchronizovaný. Tým sa minimalizuje chybovosť a optimalizuje spoľahlivosť. Hlavnou nevýhodou je, že signál zakódovaný v Manchestri vyžaduje prenos viac bitov ako výstupný signál. Napriek neprekonateľným výhodám štandardnej digitálnej komunikácie cez analógovú signalizáciu existujú určité všeobecné technologické obmedzenia. Jedným z nich je problém synchronizácie: prijímač musí vedieť, kedy presne sa prenáša informácia o výbere vstupných dát. Upozorňujeme, že táto synchronizácia sa nevyžaduje pri analógových audio prenosoch. Demodulovaný zvukový signál môže byť vysielaný reproduktorovi bez výslovného výkladuúdaje na strane prijímača. Ďalšou nevýhodou je potreba pripojenia DC. Digitálne dáta môžu obsahovať dlhé kontinuálne sekvencie z nich alebo nuly a tak štandardný digitálny signál použitý na prenos týchto údajov zostane na rovnakom napätí počas relatívne dlhého časového obdobia.

Riešenie obmedzení

Manchester Coding ponúka prostriedky na odstránenie týchto dvoch obmedzení. Jedná sa o jednoduchú schému digitálnej modulácie, ktorá vykonáva dve funkcie:

zabezpečuje, aby signál nikdy nezostal na logickej nízkej alebo vysokej logickej úrovni počas dlhého časového obdobia;

prevádza dátový signálový signál a synchronizáciu.

Metódy kódovania

V mnohých prípadoch je úplne prijateľné použiť samostatný hodinový signál na dosiahnutie synchronizácie medzi vysielačom a prijímačom. Niekedy je však tento prístup nežiaduci, napríklad ak potrebujete minimalizovať počet prepojení medzi časťami systému alebo keď miniaturizácia vyžaduje mikrokontrolér s najmenším počtom kontaktov, ktorý môže nejakým spôsobom poskytnúť požadovanú funkčnosť. V iných situáciách jednoduchý signál hodín jednoducho nie je voľbou. Napríklad by bolo veľmi neefektívne zahrnúť do komplexnej bezdrôtovej prenosovej linky dva samostatné vysielače a prijímače rádiovej frekvencie (tj jeden pre dáta a jeden pre hodiny).

Obmedzenie rozhraní

V prípade rozhrania UART namiesto externých hodín vysielaných vysielačom a prijímačom môžetepoužívať interné synchronizačné signály. Táto stratégia však prináša významné obmedzenia:

Nie je odolný voči frekvenčným zmenám, ktoré sa stávajú problematickými, keď vysielač a prijímač sú v rôznych podmienkach.

Nemá flexibilitu, pretože vyžaduje, aby boli zariadenia Tx a Rx explicitne predkonfigurované pre rovnakú dátovú rýchlosť.

Prijímač obvykle potrebuje interné hodiny, ktoré sú výrazne vyššie ako rýchlosť prenosu dát, čo môže viesť k vážnym obmedzeniam maximálnej dátovej rýchlosti.