Квантово-електронні модулі (стр. 1 из 3)

КОНТРОЛЬНА РОБОТА З ТЕМИ:

КВАНТОВО-ЕЛЕКТРОННІ МОДУЛІ

1. Загальні відомості

На рис. 1 представлена блок-схема передавача, що містить керуюче пристрій і джерело. На вхід передавача надходить сигнал від пристрою, що обслуговується. На виході передавача з'являється струм, керуючий роботою джерела.

Більшість електронних схем працює зі стандартними сигналами визначеного рівня. Телевізійні відеосигнали використовують рівень у 1 В, цифрові схеми – різні стандарти в залежності від типу логічних кіл, застосовуваних у системі.

Рисунок1 – Блок-схема передавача

В даний час найбільш розповсюдженою цифровою логікою є транзисторно-транзисторна (TTL). Вона використовує 0.5 В для мінімального рівня сигналу і 5 В - для максимального. TTL є швидкою логікою, що дозволяє застосовувати її в багатьох випадках, однак більш швидкої є еміттерно-з`вязаная логіка (ECL). Коло ECL використовує -1.75 В для мінімального і -0.9 В для максимального значень. На рис. 2 представлені логічні рівні TTL і ECL колів.

Рисунок 2 – Рівні сигналів TTL і ECL

Звичайно технології TTL і ECL не можуть бути сполучені. Однак існують спеціальні мікросхеми, що дозволяють конвертувати сигнали з однієї логіки в іншу. Як TTL, так і ECL використовуються у волоконно-оптичних передавачах і приймачах. TTL є більш розповсюдженої; ECL звичайно використовується тільки для систем зі швидкостями близько 50 чи 100 Мб/сек.

Іншим популярним видом логічних схем є CMOS. Він швидко стає альтернативою TTL завдяки дуже низької вартості компонентів. Багато CMOS-колів використовують ті ж рівні напруг для сигналів, що і TTL.

Керуюче коло передавача повинно приймати дані визначеного логічного рівня. Після обробки цифрових сигналів, що надійшли, формується вихідний сигнал для керування джерелом. Наприклад, він може перетворити 0.5 В и 5В TTL-сигналу в 0 мА і 50 мА, необхідні для включення і вимикання джерела.

Додаткова функція передавача полягає в забезпеченні відповідного кодування.

2. Кодування

Передача цифрових сходинок на будь-яку значиму відстань, як правило є незручною. У той час як цифрове коло використовує східчасті імпульси для представлення одиниць і нулів двійкових даних, для передачі цифрових сигналів між електронними пристроями використовується більш складний формат. Модуляційний код застосовується для кодування цифрових даних з наступною передачею їх по лініях зв'язку.

Раніше було відзначено, що наявність східчастого імпульсу означає двійкову 1, а його відсутність – двійковим 0. В TTL-системах 5В рівень представляє 1; 0.5-В рівень представляє 0. Таким чином, існує взаємна відповідність між високими і низькими рівнями напруги й двійковими 1 і 0. У модуляційних кодах, представлених тут, дана відповідність не завжди зберігається.

Таблиця 1 – Коди

Формат	Символів у біті	Внутрішня синхронізація	Коефіцієнт заповнення (%)
NRZ	1	немає	0 – 100
RZ	2	немає	0 – 50
NRZ1	1	немає	0 – 100
МанчестерBIPHASE-L	2	є	50
Міллер	1	є	33-67
BIPHASE-M	2	є	50

Рисунок 3 – Модуляційні коди

На рис. 3 показано декілька популярних кодів модуляції.

Кожному біту даних ставиться у відповідність визначений період сигналу, що контролюється таймером. Таймером служить постійний ланцюжок імпульсів, що задає часовий інтервал для основної системи. Як показано у таблиці 5.1, деякі коди мають внутрішні сигнали синхронізації, інші не мають. Код із внутрішньою синхронізацією являє собою код із уже включеною інформацією про час. В інших кодах ця інформація відсутня.

Інформація про час важлива для приймача, одна з цілей якого – відновлення сигналу в його первісному стані. Приймач має три варіанти інформації про час.

Передані дані містять інформацію про імпульси таймера, тобто модуляційний код містить у собі внутрішню синхронізацію.

Інформація про імпульси таймера повинна передаватися по іншій лінії. Це робить систему більш громіздкою, оскільки вимагає додаткової лінії від передавача до приймача. Для далеких відстаней вартість прокладки додаткової лінії може бути істотною.

Приймач може забезпечувати власну синхронізацію за часом незалежно від імпульсів таймера передавача.

Стисла характеристика найбільш поширених кодів наведена нижче:

1. Код NRZ (nonreturn-to-zero, без повернення до нуля) аналогічний "нормальним" цифровим даним. Сигнал максимальний у 1 і мінімальний у 0. Для представлення послідовності одиниць сигнал залишається на високому рівні. Ланцюжок нулів сигналу відображається низьким рівнем. Таким чином, рівень сигналу перетворюється лише при зміні значення даних.

2. Код RZ (return-to-zero, з поверненням до нуля) представляє 0 у виді сигналу низького рівня. Для представлення 1 - рівень сигналу високий протягом половини періоду біта, а потім стає низьким у решті періоду. Для кожної 1 з послідовності даних рівень сигналу спочатку стає високим, а потім низьким протягом періоду біта. Наприклад, для послідовності з трьох одиниць рівень сигналу стає високим для кожної з них, а потім для кожної з них повертається до мінімального значення.

3. Код NRZI (nonreturn-to-zero - inverted, інвертований без повернення до нуля) представляє 0 у виді зміни рівня сигналу, а 1 - відсутністю такого роду зміни. Таким чином, рівень сигналу змінюється від високого до низького (чи навпаки від низького до високого) для кожного нуля, але залишається на одному рівні для представлення кожної одиниці. Важливим моментом є те, що не існує заданого співвідношення між 1 і 0, а також між високим і низьким рівнями. Бінарна одиниця може бути представлена як високим рівнем сигналу, так і низьким.

4. Код Манчестер. У цьому методі кодування використовується зміна рівня сигналу в середині кожного бітового періоду. Для 1 перша половина періоду відповідає високому рівню сигналу, а друга - низькому. У представленні 0 – навпаки.

5. Код Міллер. У коді Міллер кожна 1 подається зміною рівня сигналу в середині періоду бита. Для представлення 0 використовується або відсутність зміни рівня сигналу, якщо він випливає після 1, або зміна на початку періоду, якщо він виходить за 0.

6. Код Biphase-M. У коді bi-phase-M (модифікований двухфазний) кожен період біта починається зі зміни рівня сигналу. Для подання 1 використовується додаткова зміна в середині періоду. Для подання 0 ніяких додаткових змін не виконується. Таким чином, 1 представляється як високим, так і низьким рівнем сигналу протягом періоду. Для подання 0 використовується або низький, або високий рівень сигналу протягом усього бітового періоду (але не обидва рівні одночасно).

7. Кодування 4В/5В і 4В/8В. Більшість локальних комп'ютерних мереж використовує код Манчестер. Для волоконно-оптичних локальних мереж це не так. Причина в тім, що це кодування вимагає подвоєної швидкості таймера в порівнянні зі швидкістю передачі даних. Наприклад, 100-Мб/сек мережа вимагає таймер на 200 МГц. Кодування даних NRZI не передбачає зміни сигналу у випадку передачі ланцюжка нулів, що утрудняє розбивку інформації на бітові періоди (внутрішню синхронізацію). При цьому приймач не може відповідним чином синхронізувати свою роботу з потоком даних, що надходить.

Багато високошвидкісних волоконно-оптичних систем використовуює схеми кодування інформації з груп, у яких кодуються не окремі біти, а цілі слова довжиною в декілька біт. Наприклад, при кодуванні 4В/5В кожні чотири біти інформації кодуються в 5-бітове слово. Після одержання такого коду приймач декодирує 5-бітові слова в 4- бітові блоки первісної інформації. Ця схема гарантує, що дані ніколи не будуть являти собою ланцюжок з більш ніж трьох послідовних нулів. Це кодування використовує менш широку частотну смугу пропущення в порівнянні з кодом Манчестер, вимагаючи збільшення швидкості передачі лише на 20 відсотків. Дана схема застосовується в FDDI.

У рамках іншої схеми 4В/8В, використовуваної в Fiber Channel і в системі IBM ESCON, 4-бітові блоки інформації кодуються в 5-бітові чи слова 8-бітові блоки – відповідно в 10-бітові слова.

3. Швидкість передачі даних і швидкість сигналу

При уважному розгляді різних кодів модуляції, представлених на рис. 3, виявляється один дуже важливий аспект. Максимуми і мінімуми сигналу можуть змінюватися частіше, ніж 1 і 0 двійкових даних. На рисунку представлені 12 бітів даних (000100110111). Однак відповідні їм коди використовують більшу кількість символів для подання цих даних. Символом є або максимум, або мінімум у коді. У коді Манчестер використовується два символи (максимум, і мінімум) для подання кожного двійкового біту. Цей код завжди використовує подвоєну кількість символів у порівнянні з числом переданих бітів.

Говорячи про швидкість системи, дуже важливо розуміти різницю між швидкістю передачі даних і швидкістю передачі сигналу. Швидкість передачі даних – це число біт даних, переданих за одну секунду. Система, наприклад, може працювати зі швидкістю 10 Мб/сек (мегабіт у секунду). Швидкість сигналу – це число символів, переданих за одну секунду, – виражається в бодах. Швидкість сигналу (бод-швидкість) і швидкість передачі даних (біт-швидкість) можуть збігатися і не збігатися в залежності від використовуваного коду модуляції.

У коді NRZ, що використовує один символ для подання одного біту, швидкості збігаються. Швидкість у 10 Мб/сек відповідає 10 Мбодам. У коді Манчестер два символи представляють один біт, а швидкість у бодах у два рази більше швидкості в бітах. Для передачі потоку даних у 10 Мб/сек потрібна лінія зв'язку з інформаційною ємністю (швидкістю передачі сигналу) у 20 Мбод. Швидкість у бодах, чи швидкість передачі символів, є більш точним показником швидкісних характеристик системи. Дане твердження є загальним для всіх передавальних систем, у тому числі і для волоконно-оптичних.