Što je Manchester kod?

Serijska digitalna komunikacija postala je vrlo popularna. Postoje mnoge varijacije: među standardnim sučeljima na razini ploče imamo UART, SPI i I2C. Digitalna komunikacija može se postići i pomoću analognih signala. Jedan primjer je radijska frekvencija dalekovod koji koristi analogni amplitude promjene, frekvencije ili faze za bežični prijenos binarnih podataka. Također postoje velike brzine diferencijalnih sučelja, kao što su serijske linije na temelju LVDS ili USB.

Manchesterov kod: što je to i zašto ga koristiti

Prilikom prijenosa podataka uvedene su različite metode kodiranja kako bi se osigurala sigurnost podataka i brz prijenos. Manchesterov kodiranje je jedan takav način digitalnog kodiranja. Vrlo se razlikuje od ostalih metoda, jer je zadano svaki bit duljine podataka fiksan. Stanje bitova određuje se u skladu s smjerom prijelaza. Različiti sustavi različito prikazuju bitni status, ali većina sustava predstavlja 1 bit protiv prijelaza s niskog na visoki i 0 bitova za visoku i nisku tranziciju.

Manchester kodiranje - metoda modulacija podataka koja se može koristiti u mnogim situacijama, ali je posebno korisna kod prijenosa binarnih podataka na temelju analognih, radijske frekvencije, optički, digitalni, ili velike brzine dugo-udaljenost digitalne signale.

Sinkronizacija signala glavna je prednost Manchesterovog kodiranja. Omogućuje veću pouzdanost s istom brzinom prijenosa podataka u usporedbi s drugim metodama. Ali kodiranje Manchestera također ima neke nedostatke. Na primjer, troši veću širinu pojasa od izvornog signala.

Sve vrste kodiranja u Manchesteru imaju sljedeće karakteristike:

• Svaki bit se prenosi u točno određeno vrijeme.
• "1" označava kada dođe do prijelaza visoke do niske razine, "0" se izražava pri prijelazu od niske do visoke.
• Prijelaz, koji se koristi za bilješku 1 ili 0, događa se upravo u sredini razdoblja.

Kodiranje u općem smislu je proces pretvaranja podataka u format koji je potreban da bi se zadovoljile potrebe za obradom informacija, uključujući:

• Izrada i izvršenje programa.
• Prijenos podataka, pohrana i kompresija (dekompresija).
• Obrada aplikacijskih podataka, kao što je pretvorba datoteka.

Sve vrste kodova mogu imati dva značenja:

• U računalne tehnologije je proces kodiranja određeni aplikacijski kod, kao što su slova, simbola i brojeva do podataka za pretvorbu u ekvivalentnom koda.
• Kod elektronike, kodiranje se odnosi na konverziju analogno-digitalno.

Malo povijesti

Manchesterov kod (prvi objavljen 1949.) je sinkronizirana tehnologija kodiranja sata koju koristi fizikalni sloj za kodiranje signala sata i sinkronih bitstream podataka. U ovoj metodi stvarni binarni podaci koji se moraju prenijeti preko kabela ne šalju se kao niz logičkih jedinica i nula (tehnički poznati kao Non Return to Zero ili NRZ). Umjesto toga, bitovi se pretvaraju u malo drugačiji format, koji ima niz prednosti u odnosu na upotrebu izravnog binarnog kodiranja.

Manchester kod sadrži česte razini prijelaze koji omogućuju prijemnik izdvojiti sat signal zaključana petlje digitalni faze (DPLL) i pravilno dešifrirati vrijednost i sinkronizaciju svaki zalogaj. Kako bi se osiguralo pouzdano korištenje DPLL-a, prijenosna bitstream mora sadržavati visoku gustoću bitnih prijelaza. Sve vrste kodova to jamče, dopuštajući DPLL-u primatelja da pravilno izvadi satni signal.

Tehnički opis

Dvostupanjski Manchesterov kod može potrošiti približno dva puta širina pojasa originalnog signala (20 MHz). To je u redu za uvođenje čestih prijelaza. Za lokalnu mrežu od 10 Mbps spektar signala leži između 5 i 20 MHz. Manchesterov kodiranje koristi se kao fizički sloj Ethernet LAN-a, pri čemu dodatna širina pojasa nije značajan problem prijenosa koaksijalnog kabela. Ograničena širina pojasa kabela CAT5e zahtijevala je učinkovitiji način kodiranja za prijenos 100 Mbps pomoću MLT 4b / 5b koda. Ovo koristi tri razine signala (umjesto dvije razine korištene u Manchester kodiranju), pa stoga 100 Mbps signal zauzima samo širinu pojasa od 31 MHz. Gigabit Ethernet koristi pet slojeva i 8b / 10b kodiranje kako bi osigurao još učinkovitije korištenje ograničene širine pojasa kabela, prenoseći 1 Gb / s u širini pojasa od 100 MHz.

Definicija koncepta

Pri prijenosu podataka, Manchesterov kod je oblik digitalnog kodiranja, u kojem se bitovi podataka predstavljaju prijelazima iz jedne logičke države u drugu. To se razlikuje od uobičajenijih metoda u kojoj se malo prikazuje pomoću visokog stanja, primjerice 5 volti ili niske razine, na primjer 0 volti.

Kada se koristi Manchester II kod, duljina svakog bitova podataka postavljena je prema zadanim postavkama. To signal čini samo sinkroniziranjem. Stanje bitova određuje se u skladu s smjerom prijelaza. U nekim sustavima, prijelaz od niskog do visokog logike 1, a prijelaz od visoke do niske logike 0. u drugim sustavima, prijelaz od niskog do visokog logike nula i jedinstvo (kao prijelaz od visoke do niske).

Dobro, ali nije savršeno. Prednosti i nedostaci tehnologije

Glavna prednost Manchesterovog kodiranja je činjenica da je signal sinkroniziran. To smanjuje brzinu pogrešaka i optimizira pouzdanost. Glavni nedostatak je činjenica da signal koji je kodiran u Manchesteru zahtijeva prijenos više bita nego u izvornom signalu.

Unatoč nepremostivim prednostima standardne digitalne komunikacije u usporedbi s analognim signaliziranjem, postoje neka opća ograničenja tehnologije.

Jedan od njih je problem sinkronizacije: prijemnik mora znati kada se točno informacije šalju za odabir dolaznih podataka. Imajte na umu da ta sinkronizacija nije potrebna za analogni audio prijenos. Demodulirani audio signal može se isporučiti na zvučnik bez izričitog tumačenja podataka na strani prijemnika.

Drugi nedostatak je potreba za povezivanjem istosmjerne struje. Digitalni podaci mogu uključivati ​​dugo kontinuirani slijed nula ili one, i tako, standardni digitalni signal koji se koristi za prijenos tih podataka će ostati na istom naponu za relativno dugo vremensko razdoblje.

Rješavanje problema s ograničenjima

Kodiranje Manchestera nudi sredstva za uklanjanje ta dva ograničenja. Ovo je jednostavna shema digitalne modulacije koja obavlja dvije funkcije:

• osigurava da signal nikada neće ostati na logičkoj razini niske ili visoke logike tijekom dugog vremenskog razdoblja;
• pretvara signal podataka u podatkovni signal plus sinkronizaciju.

Metode kodiranja

U mnogim slučajevima, savršeno je prihvatljivo koristiti zaseban satni signal kako bi se postigla sinkronizacija između odašiljača i prijemnika. Ali ponekad taj pristup je nepoželjan, kao što je kada vam je potrebna kako bi se smanjila količina međusobnog povezivanja između dijelova sustava ili kada minijaturizacija zahtijeva mikrokontrolera s najmanjim brojem kontakata koji na neki način mogu osigurati potrebnu funkcionalnost.

U drugim situacijama zasebni satni signal jednostavno nije opcija. Na primjer, bilo bi izuzetno neučinkovito uključiti dva zasebna odašiljača radijskih frekvencija i jedan prijemnik (tj. Jedan za podatke i jedan za sat) u složenoj bežičnoj podatkovnoj vezi.

Ograničenja sučelja

U slučaju UART sučelja, unutarnji sat se može koristiti umjesto vanjskog sata koji odašilje odašiljač i prijemnik. Ali ova strategija donosi značajna ograničenja:

• Nije otporan na promjene frekvencija, što postaje problematičnije kada su odašiljač i prijemnik u različitim uvjetima.
• Ona nema fleksibilnost jer zahtijeva da se Tx i Rx uređaji izričito unaprijed konfiguriraju za istu brzinu prijenosa podataka.
• Tipično, prijemnik treba unutarnju brzinu sata koji je znatno veći od brzine prijenosa podataka, što može dovesti do teških ograničenja maksimalne brzine prijenosa podataka.

Izbjegavanje izravne struje

Složeni sustavi, naročito visokonaponski, ne mogu uvijek osigurati zajednički način rada napona prenesenog signala koji je kompatibilan s prihvatljivim opsegom općeg načina prijamnika. Drugi problem je struja kvara. Stalna veza ne štiti od opasnih dugoročnih struja koje proizlaze iz kratkog spoja.

Dakle, AC priključak je jednostavan način za smanjenje neugodnosti i rizika povezanih s uobičajenim načinima napona i načinima kvara.

Linearna tehnologija kodiranja koristi se u standardnim Ethernet mrežama, navedenim u IEEE 802.3 standardu. Linearno kodiranje je proces kojim se digitalni podaci u binarnom bitstreamu pretvaraju u električne signale za prijenos.

Kako to radi

Kôd s dva nivoa koristi prijelaz napona u dvije države da predstavlja jedan bit informacija. Binarni 0 je predstavljen prijelazom s višeg na niži napon za vrijeme postavljeno za prijenos jednog bita (tj. Jedno "bitno vrijeme"). Binarni 1 prikazan je prijelazom od donjeg do višeg. Za Ethernet mreže, visoki napon je obično +0,85 V, a niskonaponska razina je obično -0,85 V, što čini svaki prijelaz napona jednak 1,7V.

Pozitivni aspekti procesa

Kodiranje Manchestera ima prednost da omogućava prijenos podataka bez potrebe za dodatnim vremenskim signalima. To je moguće jer se prijelaz napona događa usred svakog intervala prijenosa bita koji postavlja uzorak sinkronizacije. Tako promjena prosječnog intervala omogućuje primateljskim postajama održavanje odgovarajuće sinkronizacije jedni s drugima kako bi se osigurala cjelovitost prijenosa. Zbog dodatnog prijelaza na bit koji se koristi za sinkronizaciju, Manchester kodiranje djeluje samo za 50%. Na primjer, za dobivanje brzine prijenosa podataka od 10 Mbps potrebno je širina pojasa od 20 MHz.

Druga verzija, nazvana diferencijalno Manchester kodiranje, jest binarni kod nula prijelazom napona na početku bitnog intervala i binarnog koda jedinice bez prijelaza na početku bitnog intervala. U oba slučaja prijelaz se događa usred intervala za sinkronizaciju. Različiti Manchester kodiranje koristi se za Token Ring mreže IEEE 802.5.