Komunikace po TP kabelu, ...
Komunikace po TP kabelu, ... |
|
Hlavní úlohou obvodu, nazývaného TPEX - Twisted-Pair Ethernet Transceiver je funkce tvarování signálu. Původní signál, generovaný obvody Manchester modulátoru je obdélník. Podíváme-li se na jeho spektrum pomocí Fourierovy transformace, zjistíme, že se skládá z řady lichých harmonických s nezanedbatelnou úrovní:
f(x)=sin(x) + 1/3 sin(3x) + 1/5 sin(5x) + ....
převedeme-li koeficienty na vyjádření v dB je úroveň 3. harmonické -4,77 dB a 5. harmonické -7 dB. Tyto hodnoty potlačení harmonických jsou naprosto nedostačující, vzhledem k tomu, že nenesou žádnou informaci a způsobují jen nežádoucí rušení. Jsou dvě možnosti jak je odstranit:
1) Potlačení harmonických signálů pomocí fitrace
Používá buzení TP kabelu přes hybridní filtr / transformátor, např. obvod 20F001N. Na následujícím obrázku je výstupní filtr zobrazen v horní části schematu. Buzen je symetrickým obdélníkovým signálem, přivedeným na vývody 1 a 3. TP vedení je připojeno na vývody 14 a 16.
Schema:
Tento obvod má frekvenci zlomu (cut-off) 17 Mhz. Útlum obvodu je uveden v následující tabulce:
20 MHz 7 dB 25 MHz 19 dB 30 MHz 32 dB 40 MHz 35 dB Na vyšších frekvencích je možno počítat s útlumem cca 25 dB. Přidáním tohoto filtru je vyřešena část problému. Proč ale jen část? Signál zpracovávaný tímto filtrem má totiž dvě hlavní základní frekvence, v závislosti na vysílaných datech. Vysílá li se datová sekvence 00 či 11 je modulační frekvence 10 MHz. Situace se však mění vysílá-li se sekvence 01 či 10, tato sekvence má modulační frekvenci poloviční tj. 5 MHz! Projde-li takovýto signál výše uvedeným filtrem, zůstane třetí harmonická téměř nedotčena a na výstupu dostaneme průběh zobrazený na následujícím obrázku žlutou barvou.
(signál po průchodu filtrem: 10 MHz / 5 MHz / korigovaný signál 5 MHz)
Tento signál není příliš vhodný k dalšímu zpracování. Vzhledem k obtížné realizaci filtru propouštějícího 10 MHz a majícího dostatečný útlum pro 15 MHz je nutno jít cestou korekce tvaru signálu vstupujícího do filtru. Tvar se koriguje na tvar zobrazený, po průchodu filtrem, na obrázku modrou barvou. V čem vlastně spočívá úprava tvaru signálu před filtrací? Od signálu jdoucího z Manchester kodéru se odečítá cca 20% signálu z kodéru zpožděných o 50 ns. Vznikne budicí signál zobrazený na následujícím obrázku.
Další příčinou, proč je nutno korigovat vysílaný signál, jsou vlasnosti samotného TP kabelu. Vzhledem k tomu, že má silně kapacitní charakter a je buzen z impedance cca 100 ohmů, nutné k impedančnímu přizpůsobení, projevuje se zde " setrvačnost" způsobená nabíjení a vybíjení kabelu. Po průchodu kabelem dostáváme signál zobrazený na následujícím obrázku.
výstupní signál z filtru 10 MHz (data 1111 či 0000) / 5 MHz (data 0101), signál na konci kabelu 10MHz / 5 MHz
Náhradní schéma a další podrobnosti
2) Buzení vedení tvarem signálu blízkým sinusovce.
Prvním náznakem tvarování signálu je metoda využitá při komunikaci po koaxiálním kabelu. Hrany signálu mají dobu náběhu/sestupu upravenu na 25 ns. Obdélníkový signál je vlastně převeden na lichoběžníkový, skládající se z řady lichých harmonických:
f(x)=sin(x) - 1/9 sin(3x) + 1/25 sin(5x) - 1/49 sin(7x) + ....
převedeme-li koeficienty na vyjádření v dB je úroveň 3. harmonické -9,5 dB a 5. harmonické -14 dB. Tyto hodnoty potlačení harmonických jsou dvojnásobné oproti obdélníkovému signálu, nicméně jsou nepostačující.
Chceme-li budit TP kabel pouze přes hybridní transformátor, např. obvod Valor ST7011, Pulse PE-65745, YCL 16PT-41, ... je nutno jako budicí signál použít obvod blízký sinusovce. Obvody filtrace či tvarovače jsou přímo součástí integrovaných výstupních budičů. Z jednočipových řadičů Ethernetu používá tento způsob buzení kabelu např. obvod CS8900. Jak jsou obvody filtrace realizovány? Pomineme-li poloanalogová řešení je možno použít dva hlavní principy:
- Generaci signálu pomocí tabulky a navazujícího D/A převodníku, tento princip je uplatněn např. v obvodu LXT901/907 kde je použit 5-ti bitový D/A převodník pracující na 70 MHz.
- Tvarování signálu pomocí FIR filtru, tento princip je uplatněn např. u obvodu MTD907, kde je použit 16-ti bodový FIR filtr pracující na 160 MHz. Ukázkou činnosti takovéhoto filtru může být např. signál zobrazený na následujícím obrázku.
Zobrazený signál byl získán průchodem obdélníkového 10/5 MHz signálu Blackmanovo FIR filtrem. Nicméně i přes vyhovující spektrum výstupního signálu, se vzhledem k nutnosti kompenzovat vlasnosti TP kabelu, používá korekce tvaru uvedená v závěru odstavce 1.
Tabulka v Excelu pro pokusy s filtrací harmonických kmitočtů
The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing, Second Edition
Dr. Ing. Hans-Jochen Bartsch, Matematické vzorce, Praha SNTL 1983, 832 stran.
Allied Telesyn International CentreCOM Micro Transceivers AT-MX10, AT-MX20, AT210 (2 str.)
| POPIS Web51 | NOVINKY | FAQ | OBJEDNÁVKA | DOWNLOAD |
 |
 |
 |
 |
| (c)Copyright 2000, 2001, HW server & Radek Benedikt
Web51@HW.cz, Web51.HW.cz Final applications of the Web51 : www.HWgroup.cz |
|
