Convertidores de codificación de línea serie de bricolaje: 15 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

La comunicación de datos en serie se ha vuelto omnipresente en muchas aplicaciones industriales y existen varios enfoques para diseñar cualquier interfaz de comunicación de datos en serie. Es conveniente emplear uno de los protocolos estándar, es decir, UART, I2C o SPI. Además, existen varios otros protocolos para aplicaciones más dedicadas como CAN, LIN, Mil-1553, Ethernet o MIPI. Otra opción para manejar datos en serie es utilizar protocolos personalizados. Estos protocolos generalmente se basan en códigos de línea. Los tipos más comunes de codificación de línea son NRZ, código Manchester, AMI, etc. [Decodificación de protocolo configurable de señales codificadas en Manchester y NRZ, Teledyne Lecroy Whitepape].

Ejemplos de protocolos seriales especializados incluyen DALI para el control de la iluminación de edificios y PSI5, que se utiliza para conectar sensores a controladores en aplicaciones automotrices. Ambos ejemplos se basan en la codificación Manchester. De manera similar, el protocolo SENT se utiliza para enlaces de sensor a controlador de automoción, y el bus CAN comúnmente utilizado para permitir la comunicación entre microcontroladores y otros dispositivos en aplicaciones de automoción se basa en la codificación NRZ. Además, se han diseñado y se están diseñando muchos otros protocolos complejos y especializados utilizando esquemas de Manchester y NRZ.

Cada uno de los códigos de línea tiene sus propios méritos. En el proceso de transmisión de una señal binaria a lo largo de un cable, por ejemplo, puede surgir una distorsión que puede mitigarse significativamente utilizando el código AMI [Petrova, Pesha D. y Boyan D. Karapenev. "Síntesis y simulación de convertidores de código binario". Telecomunicaciones en el servicio moderno de satélite, cable y radiodifusión, 2003. TELSIKS 2003. 6ª Conferencia Internacional sobre. Vol. 2. IEEE, 2003]. Además, el ancho de banda de una señal AMI es menor que el formato RZ equivalente. Asimismo, el código Manchester no tiene algunas de las deficiencias inherentes al código NRZ. Por ejemplo, el uso del código Manchester en una línea serie elimina los componentes de CC, proporciona recuperación de reloj y proporciona un nivel comparativamente alto de inmunidad al ruido [Hd-6409 Renesas Datasheet].

Por lo tanto, la utilidad de la conversión de códigos de línea estándar es obvia. En muchas aplicaciones donde los códigos de línea se utilizan directa o indirectamente, es necesaria la conversión de código binario.

En este Instructable, presentamos cómo realizar múltiples convertidores de codificación de línea utilizando un CMIC Dialog SLG46537 de bajo costo.

A continuación, describimos los pasos necesarios para comprender cómo se ha programado el chip GreenPAK para crear los convertidores de codificación de línea en serie. Sin embargo, si solo desea obtener el resultado de la programación, descargue el software GreenPAK para ver el archivo de diseño GreenPAK ya completado. Conecte el kit de desarrollo GreenPAK a su computadora y presione el programa para crear el IC personalizado para los convertidores de codificación de línea en serie.

Paso 1: diseños de conversión

El diseño de los siguientes convertidores de código de línea se proporciona en este Instructable:

● NRZ (L) a RZ

La conversión de NRZ (L) a RZ es simple y se puede lograr mediante el uso de una sola puerta AND. La Figura 1 muestra el diseño de esta conversión.

● NRZ (L) a RB

Para la conversión de NRZ (L) a RB, necesitamos lograr tres niveles lógicos (-1, 0, +1). Para este propósito, empleamos un 4066 (interruptor analógico cuádruple bilateral) para proporcionar conmutación bipolar de 5 V, 0 V y -5 V. La lógica digital se utiliza para controlar la conmutación de los tres niveles lógicos mediante la selección de 4066 entradas de habilitación. 1E, 2E y 3E [Petrova, Pesha D. y Boyan D. Karapenev. "Síntesis y simulación de convertidores de código binario". Telecomunicaciones en el servicio moderno de satélite, cable y radiodifusión, 2003. TELSIKS 2003. 6ª Conferencia Internacional sobre. Vol. 2. IEEE, 2003].

El control lógico se implementa de la siguiente manera:

Q1 = Señal y Clk

Q2 = Clk '

Q3 = Clk y señal '

El esquema de conversión general se muestra en la Figura 2.

● NRZ (L) a AMI

La conversión de NRZ (L) a AMI también emplea el 4066 IC ya que el código AMI tiene 3 niveles lógicos. El esquema de control lógico se resume en la Tabla 1 correspondiente al esquema de conversión general que se muestra en la Figura 3.

El esquema lógico se puede escribir de la siguiente manera:

Q1 = (Señal y Clk) y Q

Q2 = (Señal y Clk) '

Q3 = (Señal y Clk) y Q '

Donde Q es la salida del D-Flip flop con la siguiente relación de transición:

Qnext = Señal y Qprev '+ Señal' y Qprev

● AMI a RZ

Para la conversión de AMI a RZ, se utilizan dos diodos para dividir la señal de entrada en partes positivas y negativas. Se puede emplear un amplificador operacional inversor (o un circuito lógico basado en transistor) para invertir la parte negativa separada de la señal. Finalmente, esta señal invertida se pasa a una puerta OR junto con la señal positiva para obtener la señal de salida deseada en el formato RZ como se muestra en la Figura 4.

● NRZ (L) a Manchester en fase dividida

La conversión de NRZ (L) a Manchester de fase dividida es sencilla como se muestra en la Figura 5. La señal de entrada junto con la señal de reloj se pasa a una puerta NXOR para obtener la señal de salida (de acuerdo con la convención de G. E. Thomas). También se puede utilizar una puerta XOR para obtener el código Manchester (de acuerdo con la convención IEEE 802.3) [https://en.wikipedia.org/wiki/Manchester_code].

● Código de marca de fase dividida de Manchester a fase dividida

La conversión del código Manchester de fase dividida a la marca de fase dividida se muestra en la Figura 6. La entrada y la señal de reloj se pasan a través de una puerta AND para sincronizar un flip flop D.

El D-flip se rige por la siguiente ecuación:

Qnext = Q '

La señal de salida se obtiene de la siguiente manera:

Salida = Clk & Q + Clk 'Q'

● Más conversiones de códigos de línea

Usando las conversiones anteriores, uno puede obtener fácilmente los diseños para más códigos de línea. Por ejemplo, la conversión de código Manchester de NRZ (L) a fase dividida y la conversión de código Manchester de fase dividida a código de marca de fase dividida se pueden combinar para obtener directamente NRZ (L) a código de marca de fase dividida.

Paso 2: Diseños GreenPAK

Los esquemas de conversión que se muestran arriba se pueden implementar fácilmente en el diseñador GreenPAK ™ junto con algunos componentes externos auxiliares. El SLG46537 proporciona amplios recursos para realizar los diseños dados. Los diseños de conversión de GreenPAK se proporcionan en el mismo orden que antes.

Paso 3: NRZ (L) a RZ en GreenPAK

El diseño GreenPAK para NRZ (L) a RZ en la Figura 7 es similar al que se muestra en el Paso 1, excepto que hay un bloque DLY agregado. Este bloque es opcional pero permite eliminar los errores de sincronización entre el reloj y las señales de entrada.

Paso 4: NRZ (L) a RB en GreenPAK

El diseño de GreenPAK para NRZ (L) a RB se muestra en la Figura 8. La figura muestra cómo conectar los componentes lógicos en la CMIC para lograr el diseño previsto dado en el Paso 1.

Paso 5: NRZ (L) a AMI en GreenPAK

La Figura 9 ilustra cómo configurar GreenPAK CMIC para la conversión de NRZ (L) a AMI. Este esquema junto con los componentes externos auxiliares dados en el Paso 1 se pueden utilizar para la conversión deseada.

Paso 6: AMI a RZ en GreenPAK

En la Figura 10 se muestra el diseño de GreenPAK para la conversión de AMI a RZ. El GreenPAK CMIC configurado de tal manera junto con el amplificador operacional y los diodos se puede usar para obtener la salida requerida.

Paso 7: NRZ (L) a Manchester en fase dividida en GreenPAK

En la Figura 11 se emplea una puerta NXOR en el diseño GreenPAK para obtener la conversión de NRZ (L) a Manchester de fase dividida.

Paso 8: Código de marca de Manchester de fase dividida a fase dividida en GreenPAK

En la Figura 12 se muestra el diseño GreenPAK para el código Manchester de fase dividida a la marca de fase dividida. El diseño para la conversión está completo y no se necesita ningún componente externo para el proceso de conversión. Los bloques DLY son opcionales para eliminar los fallos que surgen debido a errores de sincronización entre las señales de entrada y de reloj.

Paso 9: Resultados experimentales

Todos los diseños presentados fueron probados para verificación. Los resultados se proporcionan en el mismo orden que antes.

Paso 10: NRZ (L) a RZ

Los resultados experimentales para la conversión de NRZ (L) a RZ se muestran en la Figura 13. NRZ (L) se muestra en amarillo y RZ se muestra en azul.

Paso 11: NRZ (L) a RB

Los resultados experimentales para la conversión de NRZ (L) a RB se muestran en la Figura 14. NRZ (L) se muestra en rojo y RB se muestra en azul.

Paso 12: NRZ (L) a AMI

La Figura 15 muestra los resultados experimentales para la conversión de NRZ (L) a AMI. NRZ (L) se muestra en rojo y AMI se muestra en amarillo.

Paso 13: AMI a RZ

La Figura 16 muestra los resultados experimentales para la conversión de AMI a RZ. El AMI se divide en partes positivas y negativas que se muestran en amarillo y azul. La señal RZ de salida convertida se muestra en rojo.

Paso 14: NRZ (L) a Manchester en fase dividida

La Figura 17 muestra los resultados experimentales para la conversión de NRZ (L) a Manchester en fase dividida. La señal NRZ (L) se muestra en amarillo y la señal Manchester de fase dividida de salida convertida se muestra en azul.

Paso 15: Código de marca de Manchester de fase dividida a fase dividida

La Figura 18 muestra la conversión del código Manchester de fase dividida al código Mark de fase dividida. El código Manchester se muestra en amarillo mientras que el código Mark se muestra en azul.

Conclusión

Los códigos de línea forman la base de varios protocolos de comunicación en serie que se utilizan universalmente en diversas industrias. La conversión de códigos de línea de una manera fácil y económica buscada en muchas aplicaciones. En este Instructable se proporcionan detalles para la conversión de varios códigos de línea usando SLG46537 de Dialog junto con algunos componentes externos auxiliares. Los diseños presentados han sido verificados y se concluye que la conversión de códigos de línea se puede realizar fácilmente utilizando las CMIC de Dialog.