согласование линий цифровой передачи данных. как правильно?

[miko]

как правильно согласовать источники и приёмник с переключателем? и возможно ли такое?
вот знакомый купил большой телевизор и задался целью коммутировать сигналы от разных источников (проигрывателя дисков, компьютера). а в телевизоре только один вход. нашёл он галетный переключатель, распаял на 3 разъёма. дело не хитрое. но картинка получается нечёткой, размытой, когда сигнал идёт через этот коммутатор.

другой знакомый нашёл в журнале "Радио" схему как один монитор попеременно подключать к двум разным компьютерам (и мышь и клавиатуру тоже). схема простейшая на реле (наверное у автора даже работала, раз в журнале разместили..). результат тот же самый: на мониторе размытое изображение. особенно сильно заметно на графических программах (рисования чертежей): у вертикальных линий появляются горизонтальные эхо-отражения, как при многолучевом приёме эфирного ТВ на антенну вне прямой видимости телецентра. причём отражений штук только 8 видно явно и сильно, остальные менее заметны но похоже им число - бесконечность по ниспадающей.. белый экран становится "грязным"...

а третий знакомый ничего сам делать не умеет - он пошёл и купил в магазине специальный "девайс" аналогичного назначения, даже с ПДУ. его мы не открывали (он его понёс назад в магазин сдал), но там при переключениях внутри ничего не щёлкает (значит коммутатор "электронный" а не релейный). тем не менее результат всё тот же: множественные отражения на картинке, пользоваться девайсом по назначению невозможно.

вот у меня вопрос, братцы-коты дорогие. а в чём проблема если сигнал идёт не напрямую по кабелю, а через контакт? и что надо сделать, чтобы "стало хорошо"?

где-то я понимаю, что проблема в несогласованности волновых сопротивлений, в неоднородности линии передачи, в отражениях от неоднородности (-тей)... но что, неужели даже на "твердотельной", "электронной" базе нельзя создать переключатель без отражений? имею в виду покупной, китайский, который сдали обратно? или там китайцы тупо съэкономили?

вот от компьютера к монитору идет сигнал по кабелю. 3 цветовые составляющие и 2 синхронизации. отражения почему-то больше всего видно от чёрных тонких вертикальных линий на белом фоне. "чёрный цвет" - это "отсутствие сигнала"?
я начал "согласовывать" переключатель. понапаял резисторов. и на землю повесил (как бы "нагрузил" разомкнутые концы линий) и в разрыв сигнала.. и как только не пробовал. ну не исчезают отражения полностью. число их становится меньше но полностью не устраняются. аж самому интересно стало в чём причина.

вот вопросы. как надо согласовывать? и возможно ли вообще сделать такое согласование "пассивными" методами, или только надо "применять микросхемы"?

мне почему ещё важно. я до этого делал одну штуку там у меня цифровой поток коммутировался реле и я всё никак понять не мог почему и откуда идут искажения. ведь вроде реле импортное малосигнальное "качественное", сигнал цифровой, единицы да нули. путь прямой и короткий, всё просматривается. активных элементов в цепи нет (и пассивных тоже, правда, "антизвонные" низкоомники поставил, но и на перемычки менял - толку нет). а помехи/искажения прут и прут. всё никак не мог понять откуда они берутся. думал что может проблемы массы. но там это (наличие помех) "вычислялось" только лишь косвенными методами, "по приборам". а вот в случае с компьютерным монитором всё наглядно видно на экране.

извините, если утомил чтением. "трактат" получился. но зато обрисовал проблему.

вот как сделать переключатель чтобы не портил картинку на экране, не искажал сигнал?

[ploop]

вот как сделать переключатель чтобы не портил картинку на экране, не искажал сигнал?

Во-первых не понятно название темы. Причём тут цифровая передача?
Во-вторых, все ваши знакомые что коммутировали? Не антенный вход случайно? Обычный видеосигнал работал у меня на куске обмоточного провода длиной 5 метров. И ни каких искажений. А уж если поставить нормальные реле и заэкранировать - 100% будет работать.

[B@R5uk]

Я как-то давно подключал монитор к компу через паршивый удлинитель без экрана где-то на метр. Я не помню точно какое максимальное разрешение было у монитора, если 1024х768 было, то это круто. Так вот, на этом разрешении были несильные, но заметные искажения картинки. Особенно неприятно на неё было смотреть если сразу после обычного подключения подключить через удлинитель. Почему так происходило, я не знаю, и сейчас это уже проверить нельзя. Возможно потому, что провод не был экранировал, а ещё, возможно потому, что комп не был заземлён. Я про заземление в соседней теме написал, кстати.

Если есть возможность, то поэксперементируйте. Для начала попробуйте подключить монитор последовательно через 2 провода, а не через один, как обычно. Кстати цифровая электроника к помехам значительно устойчивее, чем аналоговая. Я свой жк-монитор к компу через цифровой выход подключаю. Даже при родном проводе разница с аналоговым выходом вполне заметная. (Но опять же я пробовал делать это сравнение, когда комп и монитор не были заземлены. С заземлением может иметь место совсем другая ситуация -- надо экспериментировать).

А о волновых длинах соединяющих проводов на мой взгляд надо беспокоиться только когда речь идёт о радиосигнале, на котором телепередачи транслируются.

[SERJ]

А о волновых длинах соединяющих проводов на мой взгляд надо беспокоиться только когда речь идёт о радиосигнале, на котором телепередачи транслируются.

Это верно только в случае если передавать чистую синусоиду. Для неискаженной передачи импульсов, полоса пропускания линии должна быть минимум на порядок больше верхней частоты импульсного сигнала, а это уже может достигать сотен мегагерц. Так же в линии не должно быть паразитных резонансов входящих в полосу спектра передаваемых сигналов.

Лень писать. Вот цитата из статьи.

Линия связи искажает передаваемые сигналы из-за того, что ее физические параметры отличаются от идеальных. Так, например, провода всегда представляют собой некоторую распределенную по длине комбинацию активного сопротивления, емкостной и индуктивной нагрузки. При этом линии могут иметь паразитные резонансы на одной или нескольких частотах входящих в спектр передаваемых сигналов.
При передаче импульсных сигналов, искажаются низкочастотные и высокочастотные гармоники, в результате фронты импульсов теряют свою прямоугольную форму, а на фронтах и спадах импульсов появляются паразитные колебания с частотами паразитных резонансов линии. В длинной, несогласованной линии эти частоты могут быть порядка единиц, десятков мегагерц.
Вследствие этого на приемном конце линии сигналы могут плохо распознаваться.



Избавиться от этого можно путем согласования линии на входе и выходе.
В идеально согласованной линии меняется только амплитуда сигнала и не меняется её форма.

Все это можно посмотреть на частотах уже всего порядка единиц килогерц и линий связи порядка метров и с помощью осциллографа с полосой 10 мгц.
Искажения уже явно видно.

[miko]

ага. вот же цитата из "умной" книжки: "избавиться от этого можно путём согласования..."
оно и коту понятно, что надо согласовывать. вопрос: как это сделать?! на это "умные" книжки заговорщицки молчат... типа: "вы делайте, делайте..."
вот и вопрос как. желательно бы попроще. ведь как-то же оно делается...
вот идёт линия. по ней цифровой поток единиц и нулей. полоса 3-6-10 МГц, я не знаю точно сколько. изображение на экран передаётся. шла одна линия,- потом контакт реле,- и пошла другая линия. на экране получаем отражения. если без коммутирования сигнал идёт напрямую по одной цельной линии без коммутации,- никаких отражений нет, картинка чистая. оно понятно, что проще всего и с гарантией качества - это каждый раз перекручивать разъёмы. но много не покрутишь. неудобно. да и ресурс у контактных соединений..
получается, все проблемы от контакта. контакт вроде имеет сопротивление нелинейное.. вот как его согласовать? и его ли?
и дело не в экранировании и не в заземлении.

[SERJ]

как это сделать?! на это "умные" книжки заговорщицки молчат... типа: "вы делайте, делайте...

Так умные книжки нужно и читать с умом. Вот же написано в моем посту выше.

В идеально согласованной линии меняется только амплитуда сигнала и не меняется её форма.

Дальше в соответствии с этим можно например так.

Простой способ определения волнового сопротивления коаксиального кабеля или симметричной линии. Для этого требуется сделать генератор меандра на цифровых микросхемах серии К155, К555, K1533 или К1554 и подключить осциллограф. Принципиальная схема генератора, его частота и стабильность никакой роли не играют. Важно только, чтобы фронты выходного сигнала прямоугольной формы были взможно круче да нагрузочная способность применяемой микросхемы была побольше.

Измерения производятся следующим образом. К выходу цифрового генератора через разделительный конденсатор емкостью 0,1 - 1,0 мкф подключается измеряемая линия произвольной длины. Если это коаксиальный кабель, то оплетка соединяется с общим проводом питания. На дальний конец линии припаивается нагрузка - переменный резистор, выполненный реостатом. Сопротивление этого резистора может быть в пределах 300 Ом ... 1 кОм. Осциллографом контролируется форма сигнала



Сперва мы скорее всего увидим осциллограмму лишь отдаленно напоминающую меандр. Изменяя величину сопротивления переменного резистора, следует добиться того, чтобы форма сигнала была максимально прямоугольной, без выбросов и завалов на фронтах. Амплитуда сигнала при манипуляциях с нагрузкой тоже будет меняться, но это не важно - важна только форма сигнала.

Теперь остается только отпаять переменный резистор и измерить его сопротивление с помощью обычного омметра. Полученное значение будет равно искомому волновому сопротивлению измеряемой линии.

Можно и здесь посмотреть.
http://www.intuit.ru/department/network/baslocnet/3/

[ploop]

вот идёт линия. по ней цифровой поток единиц и нулей. полоса 3-6-10 МГц, я не знаю точно сколько. изображение на экран передаётся. шла одна линия,- потом контакт реле,- и пошла другая линия. на экране получаем отражения.

На цифровом сигнале вы не получите отражение. Только на аналоговом.

[Meteor]

На цифровом сигнале вы не получите отражение. Только на аналоговом.

Длинная линия не знает какой по ней сигнал передается: аналоговый или цифровой. Она ведет себя так как ей положено. И если она не согласована с нагрузкой - возникают отражения. Как они (отражения) себя проявят - совершенно другой вопрос.
PS Строго говоря в природе нет цифровых сигналов - это условность.

[ploop]

И если она не согласована с нагрузкой - возникают отражения.

Именно. Но интерпретироваться они будут не как "отражение на экране". Эффект может быть в виде потери данных (рябь из полос, выпадения) или полным "чёрным квадратом" при совсем плохих условиях. Хотя тоже зависит от принимающего устройства - может просто гнать на экран шум.

[Meteor]

интерпретироваться они будут не как "отражение на экране"

Если речь идет об изображении на экране, то виновата однозначно не линия, а местность - здания, постройки, сооружения.
Вне темы, но касаемо
Был в феврале 2002г такой случай в Толмачево.
На экране РЛС обслуживающей аэропорт, неожиданно возникали 2 самолета, летящих под "смежными" углами. Вскоре на экранах вновь появлялась отметка об одном самолете. Когда самолет взлетал, это можно было терпеть, но когда вместо одного на посадку заходили "два" - диспетчера выбегали на улицу "вырывая на голове волосы" (напомню чуть ранее, сентябрь 2001 - самолетная атака США, октябрь 2001 - сшибание украинскими ПВО самолета).
Причину удалось найти - пристройка на территории аэропорта давала, в узком интервале углов и дистанций, ложную отметку.

[B@R5uk]

Глупый вопрос: сопротивление, которое надо подключать на конце кабеля, получается не зависит от его длины?

[Meteor]

Сопротивление длиннонезависимо. Оно зависит только от волнового сопротивления длинной линии

[miko]

спасибо за помогайки!
"цифровых" сигналов действительно нет применительно к среде передачи а не к логике..

я вот немного подумал..
на сплошном белом поле экрана вертикальная чёрная линия. это что такое? чёрный цвет - это ноль. белый цвет - это все цветовые пушки включены на полную мощность (условно) и в сумме дают белый цвет. то есть мы имеем в линии передачи не что иное как сплошной поток из одних лишь единиц и между ними затесавшийся одинокий нолик. вот эта линия.

если кабелей между компом и монитором не один цельный а два одинаковых разделённых контактом реле (специального, импортного, малосигнального), то в линии на неоднородности возникают отражения.

в череде сплошных единиц нолик смотрится как инородное тело. эхо от нолика "бегает" по линии туда-сюда до бесконечности пока не затухнет совсем. я 8 линий правее основной легко насчитываю глазом, остальные уже трудно сосчитать.. но их очень много.

получается что на приёмном конце линии в сплошной череде единиц время от времени вдруг появляются нули как далёкое эхо когда-то давно пробежавшего по линии одинокого нолика. при том что на передающем конце идут единицы.

вот парадокс. передаются только единицы. а на приёмной стороне в череде единиц одна из них вдруг принимает нулевое значение...

надо наверное монитор раскурочить посмотреть как там вход сделан что от него отражений нету.. или схему монитора где-нибудь скачать.. чтоб сварганить коммутатор без отражений.

проверкой по генератору даже не знаю.. периодический сигнал может маскировать появление неучтённых нулей в среде единиц.. хотя, если линия согласована то и отражений быть не должно..

то есть переключатель надо сделать как согласованный приёмник, согласованный передатчик, и коммутатор между ними. мне только непонятно почему покупной заводскай твёрдотельный переключатель тоже давал отражения. неужели китайцы настолько тупые. хотя, видел я их телевизионные антенные "сплиттеры".. наверное и тут так же..

[dlebed]

Делаю я тут один девайс.

Суть проста: платка с микроконтроллером управляет несколькими платками со сдвиговыми регистрами. Платки со сдвиговыми регистрами соединяются последовательно для наращивания их кол-ва.

Получается схема: МК <=> Регистр <=> Регистр <=> Регистр <=> ...

Где <=> - это шлейф, соединяющий платы.

Плата с контроллером на базе ATmega8a, платы со сдвиговыми регистрами на базе 74HC595.

В конфигурации, которую я тестирую подключено 2 платы со сдвиговыми регистрами.
Платы соединены проводами, по которыми идут тактирующие импульсы, данные и питание.
Сигнальных линий 3.

Кабели длиной сантиметров 10.

Хочется определить максимальное количество плат сдвиговых регистров, которое можно подключить последовательно.
Две платы работают стабильно, но при исследовании осцилографом выходов с последней платы (дальней от платы МК) там обнаружились ожидаемые помехи.
Фронты импульсов довольно крутые (4 - 6 нс), импульсы длиной 200нс.

Так вот, на фронтах импульсов виднеются провалы и всплески. На что-то индуктивное похоже, насколько я понимаю.


К сожалению, я не силен в аналоговых вещах, только постигаю их.
Поэтому вопрос: как бороться с этими помехами? На одну плату засунуть всё не получится. Провода вроде не длинные (10 см).
Уменьшая скорость передачи фронты с провалами и всплесками не побороть.
Как я понимаю, может помочь увеличение времени спада/нарастания фронта? Это кондерами, как я понимаю, решается.
Так же пробовал поставить "терминатор" на конец линии передачи (порядка 300 Ом резистор), он помог слегка, амплитуда всплесков упала на 0.5В.
Но я не могу позволить себе резистор с низким сопротивлением (50, 100 Ом), т.к. у меня сигнал идёт напрямую с ноги МК (плюс МК питается от 78L05, так что в токе я ограничен).


Что можете посоветовать?) Разгадка этого вопроса и его понимание, надеюсь, закроет некоторые бреши в образовании по этой части)

Прилагаю осцилограммы сигналов на дальнем конце от МК.

Сюда перенес.
Почитайте тему с начала.

aen

[Meteor]

В конфигурации, которую я тестирую подключено 2 платы со сдвиговыми регистрами.
Платы соединены проводами, по которыми идут тактирующие импульсы, данные и питание.
Сигнальных линий 3.

Кабели длиной сантиметров 10.
...

Так вот, на фронтах импульсов виднеются провалы и всплески. На что-то индуктивное похоже, насколько я понимаю.
...
Поэтому вопрос: как бороться с этими помехами? На одну плату засунуть всё не получится. Провода вроде не длинные (10 см).
Что можете посоветовать?) Разгадка этого вопроса и его понимание, надеюсь, закроет некоторые бреши в образовании по этой части

Начну с того, что наблюдаете переходные процессы. Правда тут есть одна загвоздка.
Суть ее в следующем, во время исследования в линию связи вносятся "дополнительные" элементы, которыми являются входное сопротивление и емкость измерительного прибора. В реальном устройстве (без осциллографа) будут совершенно другие формы.
В своем блоке (8 плат соединенных шиной, плюс выносные жгуты на плоском шлейфе, общей длиной около 3 м) притянул линии шины резисторами по 10 кОм к источнику +5В. Помех не наблюдал.
Но для избежания влияния осциллографа на исследуемую линию, сигналы снимал через мультиплексоры. Получилось, что осциллограф не вносит влияния, а линии имеют постоянный импеданс.

[dlebed]

То, что осцилограф искажает сигнал я понимаю (и сам осцилограф и кабель).
Но, к сожалению, не используя осцилограф я понять не могу, что в реальности творится в линии)
Мультиплексоров аналоговых у меня нет) Но они же тоже имеют какой-то импеданс. Чем он лучше подключенного осцилографа? Тем что нет длинных линий до них чтоль?

И пока у меня только 2 платы с регистрами, поэтому не могу нарастить их в большом количестве, чтобы поглядеть при каком количестве последовательно подключенных плат будут начинаться глюки.

А если линии согласовывать, то можно использовать метод, описаный SERJ?

Как я понял, номинал согласующего резистора не будет зависеть от длины соединительного кабеля?
И согласующий резистор надо вешать только один, в конце линии (на последней плате), так?
Только, наверное, номинал этого резистора будет зависеть от кол-ва подключенных плат?

Ну и как продолжение темы...
Платы со сдвиговыми регистрами выходами регистров управляют мосфетами, которые в свою очередь коммутируют нагрузку.
Подключал через мосфет соленоид на 5A 12V при дрыганьи им вроде помех не наблюдал.
Если же будут какие-то наводки со стороны управляемых устройств, как я понимаю, для защиты как вариант может помочь использование дифференциальных сигналов, да?)

[Meteor]

не используя осцилограф я понять не могу, что в реальности творится в линии)
Мультиплексоров аналоговых у меня нет) Но они же тоже имеют какой-то импеданс. Чем он лучше подключенного осцилографа? Тем что нет длинных линий до них чтоль?

Смотрите рисунок. Использовал ЦИФРОВЫЕ мультиплексоры. Идея в том что линия всегда нагружена одинаково.

не могу нарастить их в большом количестве, чтобы поглядеть при каком количестве последовательно подключенных плат будут начинаться глюки.

Каких глюков опасаетесь? Несинхронность? Если да то откуда ей взяться в синхронной передаче, тем более на длинах меньше метра?
Это просто фобия.
Главное узреть, целостность импульсов на фронтах синхроимпульсов и "целостность" самих синхронизирующих импульсов. Возможностей мультиплексоров хватит за глаза.

А если линии согласовывать, то можно использовать метод, описаный SERJ?
Как я понял, номинал согласующего резистора не будет зависеть от длины соединительного кабеля?

От длины не зависит. Согласовать можно. Но есть одно НО. Волновое сопротиление шлейфа порядка 100...120 Ом. Отсюда следует что выходной каскад должен обеспечить ток логической единицы не меньше чем I=U/R=2.5/120 = 20 мА. Добавьте еще ток втекающий в логику. Получается что работаете на пределе сил МК.

И согласующий резистор надо вешать только один, в конце линии (на последней плате), так?
Только, наверное, номинал этого резистора будет зависеть от кол-ва подключенных плат?

Нагружать надо линию, а не плату. Делайте шлейф таким, что бы все платы цеплялись к нему до нагрузочных резисторов.
Но повторюсь, для длины меньше 1 м, при частоте передачи до 1..3 МГц, проблема больше надумана.

Платы со сдвиговыми регистрами выходами регистров управляют мосфетами, которые в свою очередь коммутируют нагрузку.
Подключал через мосфет соленоид на 5A 12V при дрыганьи им вроде помех не наблюдал.
Если же будут какие-то наводки со стороны управляемых устройств, как я понимаю, для защиты как вариант может помочь использование дифференциальных сигналов, да?)

Лучше земли развяжите и примените оптроны.

[dlebed]

Пасиба, значит меня осциллограф просто напугал)
Боялся я амплитуды выбросов на фронтах (чем больше плат последовательно подключено, тем больше амплитуда) и того, что регистр может вдруг неверно оттактироваться (какой-нить выброс за тактовый сигнал принять)
Теперь осталось дождаться ещё платок и выяснить всё это экспериментальным путём.

Про то, что придётся согласовывать резистором с маленьким сопротивлением я понял, МК не потянет)

Лучше земли развяжите и примените оптроны.

То есть достаточно линии данных развязать? А то, что земля у них общая будет - ничё страшного?)
Питание у МК и регистров разное: у МК свой стабилизатор у регистров - свой.

[dlebed]

Сегодня попробовал оценить влияние осциллографа на сигнал при измерении.
Сначала подключил один щуп и наблюдал стандартную картину с помехами.
Потом подключил на ту же линию второй щуп. При этом по идее сигнал должен был сильно исказиться, если осциллограф сильно портит сигнал.
Но он почти не изменился. Так что мне кажется, что осциллограф здесь не при чём.

[Meteor]

Сегодня попробовал оценить влияние осциллографа на сигнал при измерении.
Сначала подключил один щуп и наблюдал стандартную картину с помехами.
Потом подключил на ту же линию второй щуп. При этом по идее сигнал должен был сильно исказиться, если осциллограф сильно портит сигнал.
Но он почти не изменился. Так что мне кажется, что осциллограф здесь не при чём.

На рисунке - "изменения" вносимые в ипеданс. Сами посчитаете, что получилось!

То есть достаточно линии данных развязать? А то, что земля у них общая будет - ничё страшного?)
Питание у МК и регистров разное: у МК свой стабилизатор у регистров - свой.

Земли цифры и силовой частей лучше делать разными. В крайнем случае рекомендуют сводить их в одной точке.
Питать МК отдельно от регистров, я бы не стал. Что мешает им работать от одного источника?