Convertisseurs de codage de ligne série DIY : 15 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

La communication de données série est devenue omniprésente dans de nombreuses applications industrielles, et plusieurs approches existent pour concevoir n'importe quelle interface de communication de données série. Il est pratique d'utiliser l'un des protocoles standard, c'est-à-dire UART, I2C ou SPI. De plus, plusieurs autres protocoles existent pour des applications plus dédiées comme CAN, LIN, Mil-1553, Ethernet ou MIPI. Une autre option pour gérer les données série consiste à utiliser des protocoles personnalisés. Ces protocoles sont généralement basés sur des codes de ligne. Les types de codage de ligne les plus courants sont le NRZ, le code Manchester, l'AMI, etc. [Décodage de protocole configurable des signaux codés Manchester et NRZ, Teledyne Lecroy Whitepape].

Des exemples de protocoles série spécialisés incluent DALI pour le contrôle de l'éclairage des bâtiments et PSI5 qui est utilisé pour connecter des capteurs aux contrôleurs dans les applications automobiles. Ces deux exemples sont basés sur l'encodage Manchester. De même, le protocole SENT est utilisé pour les liaisons capteur-contrôleur automobile, et le bus CAN couramment utilisé pour permettre la communication entre les microcontrôleurs et d'autres dispositifs dans les applications automobiles est basé sur l'encodage NRZ. En outre, de nombreux autres protocoles complexes et spécialisés ont été et sont conçus à l'aide des schémas Manchester et NRZ.

Chacun des codes de ligne a ses propres mérites. Dans le processus de transmission d'un signal binaire le long d'un câble, par exemple, une distorsion peut survenir qui peut être atténuée de manière significative en utilisant le code AMI [Petrova, Pesha D. et Boyan D. Karapenev. "Synthèse et simulation de convertisseurs de code binaire." Les télécommunications dans les services modernes de satellite, de câble et de radiodiffusion, 2003. TELSIKS 2003. 6e Conférence internationale sur. Vol. 2. IEEE, 2003]. De plus, la bande passante d'un signal AMI est inférieure au format RZ équivalent. De même, le code Manchester ne présente pas certaines des lacunes inhérentes au code NRZ. Par exemple, l'utilisation du code Manchester sur une ligne série supprime les composants CC, fournit une récupération d'horloge et fournit un niveau comparativement élevé d'immunité au bruit [Hd-6409 Renesas Datasheet].

Par conséquent, l'utilité de la conversion des codes de ligne standard est évidente. Dans de nombreuses applications où les codes de ligne sont utilisés directement ou indirectement, la conversion du code binaire est nécessaire.

Dans ce Instructable, nous présentons comment réaliser plusieurs convertisseurs de codage de ligne à l'aide d'un Dialog SLG46537 CMIC à faible coût.

Ci-dessous, nous avons décrit les étapes nécessaires pour comprendre comment la puce GreenPAK a été programmée pour créer les convertisseurs de codage de ligne série. Cependant, si vous souhaitez simplement obtenir le résultat de la programmation, téléchargez le logiciel GreenPAK pour afficher le fichier de conception GreenPAK déjà terminé. Branchez le kit de développement GreenPAK sur votre ordinateur et appuyez sur programme pour créer le circuit intégré personnalisé pour les convertisseurs de codage de ligne série.

Étape 1: conceptions de conversion

La conception des convertisseurs de code de ligne suivants est fournie dans ce Instructable:

● NRZ(L) à RZ

La conversion de NRZ(L) en RZ est simple et peut être réalisée en utilisant une seule porte ET. La figure 1 montre la conception de cette conversion.

● NRZ(L) à RB

Pour la conversion de NRZ(L) en RB, nous devons atteindre trois niveaux logiques (-1, 0, +1). À cette fin, nous utilisons un 4066 (commutateur analogique quad-bilatéral) pour fournir une commutation bipolaire de 5 V, 0 V et -5 V. La logique numérique est utilisée pour contrôler la commutation des trois niveaux logiques en sélectionnant les entrées d'activation 4066. 1E, 2E et 3E [Petrova, Pesha D. et Boyan D. Karapenev. "Synthèse et simulation de convertisseurs de code binaire." Les télécommunications dans les services modernes de satellite, de câble et de radiodiffusion, 2003. TELSIKS 2003. 6e Conférence internationale sur. Vol. 2. IEEE, 2003].

Le contrôle logique est implémenté comme suit:

Q1=Signal & Clk

Q2= Clk'

Q3=Cliquer et signaler'

Le schéma de conversion global est illustré à la figure 2.

● NRZ(L) vers AMI

La conversion NRZ(L) vers AMI utilise également le 4066 IC puisque le code AMI a 3 niveaux logiques. Le schéma de commande logique est résumé dans le tableau 1 correspondant au schéma de conversion global illustré à la figure 3.

Le schéma logique peut s'écrire de la manière suivante:

Q1 = (Signal & Clk) & Q

Q2 = (Signal & Clk)'

Q3 = (Signal & Clk) & Q'

Où Q est la sortie de la D-Flip flop avec la relation de transition suivante:

Qnext = Signal & Qprev' + Signal' & Qprev

● AMI vers RZ

Pour la conversion AMI en RZ, deux diodes sont utilisées pour diviser le signal d'entrée en parties positives et négatives. Un amplificateur opérationnel inverseur (ou un circuit logique à transistor) peut être utilisé pour inverser la partie négative séparée du signal. Enfin, ce signal inversé est transmis à une porte OU avec le signal positif pour obtenir le signal de sortie souhaité au format RZ, comme le montre la figure 4.

● NRZ(L) vers Manchester en phase divisée

La conversion de NRZ(L) en Manchester à phase divisée est simple, comme le montre la figure 5. Le signal d'entrée ainsi que le signal d'horloge sont transmis à une porte NXOR pour obtenir le signal de sortie (selon la convention de G. E. Thomas). Une porte XOR peut également être utilisée pour obtenir le code Manchester (selon la convention IEEE 802.3) [https://en.wikipedia.org/wiki/Manchester_code].

● Code de marque Manchester à phase divisée à phase divisée

La conversion du code Manchester à phase divisée en code Mark à phase divisée est illustrée à la figure 6. L'entrée et le signal d'horloge passent par une porte ET pour cadencer une bascule D.

Le D-flip est régi par l'équation suivante:

Qsuivant = Q'

Le signal de sortie est obtenu comme suit:

Sortie = Clk & Q + Clk' Q'

● Plus de conversions de codes de ligne

En utilisant les conversions ci-dessus, on peut facilement obtenir les conceptions pour plus de codes de ligne. Par exemple, la conversion de code NRZ(L) en code Manchester à phase divisée et la conversion de code Manchester à phase divisée en code de marque à phase divisée peuvent être combinées pour obtenir directement le code NRZ(L) à marque à phase divisée.

Étape 2: conceptions GreenPAK

Les schémas de conversion présentés ci-dessus peuvent être facilement mis en œuvre dans le concepteur GreenPAK™ avec certains composants externes auxiliaires. Le SLG46537 fournit de nombreuses ressources pour réaliser les conceptions données. Les conceptions de conversion GreenPAK sont fournies dans le même ordre qu'auparavant.

Étape 3: NRZ(L) à RZ dans GreenPAK

La conception GreenPAK pour NRZ(L) à RZ sur la figure 7 est similaire à celle illustrée à l'étape 1, sauf qu'il y a un bloc DLY ajouté. Ce bloc est facultatif mais permet d'éliminer les défauts de synchronisation entre l'horloge et les signaux d'entrée.

Étape 4: NRZ(L) à RB dans GreenPAK

La conception GreenPAK pour NRZ(L) à RB est illustrée à la figure 8. La figure montre comment connecter les composants logiques dans le CMIC pour obtenir la conception prévue donnée à l'étape 1.

Étape 5: NRZ(L) vers AMI dans GreenPAK

La figure 9 illustre comment configurer le GreenPAK CMIC pour la conversion de NRZ(L) en AMI. Ce schéma ainsi que les composants externes auxiliaires donnés à l'étape 1 peuvent être utilisés pour la conversion souhaitée

Étape 6: AMI vers RZ dans GreenPAK

Dans la figure 10, la conception GreenPAK pour la conversion AMI en RZ est illustrée. Le GreenPAK CMIC configuré de cette manière avec un amplificateur opérationnel et des diodes peut être utilisé pour obtenir la sortie requise.

Étape 7: NRZ(L) vers Manchester en phase divisée dans GreenPAK

Sur la figure 11, une porte NXOR est utilisée dans la conception GreenPAK pour obtenir la conversion NRZ(L) vers Manchester en phase divisée.

Étape 8: Code de marquage Manchester à phase divisée vers phase divisée dans GreenPAK

Dans la figure 12, la conception GreenPAK pour le code de marque de Manchester à phase divisée à phase divisée est donnée. La conception de la conversion est terminée et aucun composant externe n'est nécessaire pour le processus de conversion. Les blocs DLY sont facultatifs pour éliminer les défauts dus aux erreurs de synchronisation entre les signaux d'entrée et d'horloge.

Étape 9: Résultats expérimentaux

Toutes les conceptions présentées ont été testées pour vérification. Les résultats sont fournis dans le même ordre que précédemment.

Étape 10: NRZ(L) à RZ

Les résultats expérimentaux pour la conversion NRZ(L) en RZ sont illustrés à la figure 13. NRZ(L) est illustré en jaune et RZ est illustré en bleu.

Étape 11: NRZ(L) à RB

Les résultats expérimentaux pour la conversion NRZ(L) en RB sont présentés sur la figure 14. NRZ(L) est indiqué en rouge et RB est indiqué en bleu.

Étape 12: NRZ(L) vers AMI

La figure 15 montre les résultats expérimentaux pour la conversion NRZ(L) en AMI. NRZ(L) est indiqué en rouge et AMI est indiqué en jaune.

Étape 13: AMI vers RZ

La figure 16 montre les résultats expérimentaux pour la conversion AMI en RZ. L'AMI est divisé en parties positives et négatives représentées en jaune et en bleu. Le signal de sortie RZ converti est affiché en rouge.

Étape 14: NRZ(L) vers Manchester en phase divisée

La figure 17 montre les résultats expérimentaux pour la conversion NRZ(L) vers Manchester en phase divisée. Le signal NRZ(L) s'affiche en jaune et le signal Manchester à phase divisée de sortie converti s'affiche en bleu.

Étape 15: Code de marque Manchester à phase divisée à phase divisée

La figure 18 montre la conversion du code Manchester à phase divisée en code Mark à phase divisée. Le code Manchester est affiché en jaune tandis que le code Mark est affiché en bleu.

Conclusion

Les codes de ligne constituent la base de plusieurs protocoles de communication série qui sont universellement utilisés dans diverses industries. Conversion des codes de ligne d'une manière simple et économique recherchée dans de nombreuses applications. Dans ce Instructable, des détails sont fournis pour la conversion de plusieurs codes de ligne à l'aide du SLG46537 de Dialog ainsi que de certains composants externes auxiliaires. Les conceptions présentées ont été vérifiées et il est conclu que la conversion des codes de ligne peut être effectuée facilement à l'aide des CMIC de Dialog.