למה לא נהוג להשתמש במתח שלילי בתקשורת נתונים?

למעט RS232.

אני לא מכיר את כל השיקולים, אבל לדעתי הסיבות העיקריות הן : צורך בספק מתח שלילי ושימוש בקוים דיפרנציאלים.

בעבר - כשהמעגלים עבדו גם עם מתחים שליליים - היה נהוג ומקובל. כשהמעגלים עברו לעבוד עם מתח יחיד - כך גם ערוצי התקשורת. יש עוד כמה תקנים שגם פועלים במתחים שליליים ועודם בשימוש נרחב כגון V.35 .
מעבר לכך - מתחים חיוביים מקובלים בתקשורת דיגיטלית בטווחים קצרים בלבד. בטווחים ארוכים (מודמי E1, DSL וגם Ethernet ) כמעט תמיד נעשה שימוש בגל AC (חיובי ושלילי).

Elim

לא מדויק. השידור בקווי E1 ו-Ethernet )10-100-1000-BASE-T) נעשה ללא איפנון.

כלל לא הזכרתי איפנון (למרות שאיפנון זה גם כשביט אחד מייצר סימבול אחד).
ואם כבר עלה נושא האיפנון: ב E1 מעבר לאיפנון יש גם קידוד (HDB3), וב- 1000BASE-T יש גם אפנון PAM (כל שלושה ביטים מייצרים סימבול אחד) וגם קידוד.

Elim

הזכרת בהודעתך הקודמת גל AC. רציתי לחדד שבשיטות שידור אלו אין שימוש בגל AC (נושא) כלשהו והכל משודר ב-BaseBand בקידודים כאלו ואחרים. אכן PAM הוא סוג של איפנון, אבל אין בו שימוש בגל AC כלשהו.

גל AC - מתח חיובי ושלילי (כמו ב RS232).

Elim

אז אי אפשר לייצר מתח שלילי למרות הספק היחיד? בדומה למכפל מתח.

בדרך זו אפשר בקו יחיד להעביר שעון + מידע.
בדומה למנצ'סטר, אבל בלי הכפלת התדר הדרושה בו.

הביצוע פשוט מאוד (רמות המתחים רק לדוגמא כמובן):

1 לוגי יסומן כ-0v שאחריו פלוס 5v.
0 לוגי יסומן כ-0v שאחריו מינוס 5v.

אני מניח שחשבו על זה או משהו דומה בעבר ולא ביצעו - מדוע?
האם הבעיה היחידה היא cross-talk שקידוד דיפרנציאלי (כמו ב-USB) מונע?

יכול להיות שהבעיה היא במעגלים לוגיים שרגילים לקבל מתחים חיוביים בלבד. כדי לעבוד עם מתחים שליליים יש צורך לתכנן מעגל לוגי או אנלוגי שיתן במוצא את ה- 0 או 5 וולט המוכרים לנו.

בהחלט ניתן (למרות שבהצעה שלך משודרים שני סימבולים לכל ביט - ובעצם קצב השידור כפול מקצב המידע) , אך זו לא הסיבה שבגללה משתמשים במתחים חיוביים ושליליים. הסיבה היא לרוב כדי למנוע מצב של DC על הקו - בד"כ בסוגי תקשורת שעושים שימוש בשנאים - ובד"כ מבצעים גם קידוד ועירבול כדי להבטיח זאת.
השימוש בקו דיפרנציאלי ב USB לא נועד למנוע CROSS TALK, שכן USB ממילא פועל ב HALF DUPLEX (ואם היו משתמשים ב- SINGLE ENDED ממילא לא היה CROSS TALK לאף סיגנל אחר), אלא כדי לאפשר תקשורת מהירה וחסינה לרעשי סביבה.

Elim

Boltik:

לדעתי שווה להתאמץ להוספת אופציית מוצא שלילי כדי לשפר את התקשורת

Elim:

ציטוט:

(למרות שבהצעה שלך משודרים שני סימבולים לכל ביט - ובעצם קצב השידור כפול מקצב המידע)

כן, כנראה לא שמתי לב מחוסר ריכוז במהלך כתיבת ההודעה

ציטוט:

הסיבה היא לרוב כדי למנוע מצב של DC על הקו - בד"כ בסוגי תקשורת שעושים שימוש בשנאים - ובד"כ מבצעים גם קידוד ועירבול כדי להבטיח זאת.

בקו מידע של USB לדוגמא אני זוכר שמנעו את הרוויה של השנאי באמצעות דחיפת ביטים. למה שלא יישמו את זה כאן\בכללי ?


בעיקרון חשבתי לעצמי מדוע שלא ייצרו פרוטוקול תקשורת דיגיטלי כללי שמאפשר להעביר את המידע ביחד עם השעון.
כך ב-USB, במקום שיהיה את ההתנהלות המקדימה של בחירת מצב (FS או LS או HS וכו'), הצד השני (מקבל המידע) יוכל להסתנכרן על השעון שנגזר מהמידע.
ואז גם תהיה חופשיות ביצירת השעון - המכשיר הנייד שמתחבר ל-PC יוכל בנוחות לבחור איזה תדירות שיירצה... (עד למוגדר בפרוטוקול)

1. בקו USB מנעו את הרוויה של השנאי ע"י כך שתקן USB לא מכיל כלל שנאי ...
2. יצרו ויוצרים. גם ב RS232 (ערוץ אסינכרוני) מחלצים את השעון ע"פ שינויי ה DATA. במקרה של RS232 - ננעלים על תחילת ה START BIT בלבד. במקרים אחרים (גם ב USB) - מחלצים את השעון באופן אדפטיבי (במשך כל השידור). הדבר היחיד שצריך להבטיח הוא שלא יהיה רצף ארוך מדי של 1 או 0 - וזה מבוצע לרוב ע"י SCRAMBLER פשוט.
3. גם בפרוטוקול היום המכשיר וה PC בוחרים כרצונם (וע"פ הפרוטוקול - "רצונם" הוא הקצב המקסימלי שבו שניהם יכולים לעבוד) - בדומה ל 10/100/1000 Eth.

Elim

1. אהה, אז לא יודע איך הגעתי למסקנה הזאת. כנראה זה התערבב אצלי ביחד עם מידע אחר שהמורה אמר בקשר לשנאים ומצב לא משתנה של הקו שעלול לגרום לרוויה...

2. נכון, אבל מה שחשבתי עליו זה שלא יהיה צורך לשדר start bit ו\או stop bit וכד' - כלומר לבטל את הצורך בסימנים כלשהם שיעידו על השעון, והשעון ייגזר אך ורק משינויי קו המידע, המשתנה רק בעקבות שידור המידע.

בנוגע ל-USB, אסור שיהיו יותר מ-6 ביטים רצופים בגלל שהצד המקבל סופר את הזמן בין כל מעבר (transition) של קוי ה-DATA ?
וכיוון שספירת הזמן זה תהליך לא מדויק אז הגבילו את זה ל-6 ביטים רצופים.

3. כאן את'רנט בוחר לעבוד במהירות קבועה מראש - 10/100/1000.

אבל נניח שאני רוצה לבנות מכשיר זול שיתקשר במהירות 1Mbps (והוא אכן לא צריך לתקשר במהירות גבוהה יותר).
אז אאל"ט במקרה הזה אני לא יכול - אני מוגבל למהירויות 10/100/1000.
וגם נניח שאני לא מוגבל למהירות הזו - למה להשתמש בקידוד מנצ'סטר שהתדירות המקסימאלית של הסיגנל בקו תהיה כפולה מקצב העברת המידע..?

מדוע לא לעשות לדוגמא:

קו אחד שהדבר היחידי שהוא משדר זה שעון מדומה סטנדרטי (רמות מתחים נניח 5v ו-0v).

בתחילת השידור, הצד המקבל, בברירת המחדל, יחשוב שהביט הראשון הוא '1'.
כך גם אם יהיה מתח 5v וגם אם יהיה מתח 0v, אז זה ייחשב בתור 1 לוגי.

ייצוג של ביט 0 יהיה ירידה למתח שלילי.
ולאחריו בקו שוב יהיה רמת מתח חיובית שאחריה 0. (שעון סטנדרטי)

כלומר כל פעם שמגיעים למתח שלילי - הביט המשודר מתהפך. (מ-1 ל-0, ומ-0 ל-1)
כל פעם שיש רמת מתח מסוימת (חיובית, שלילית, או 0) - זה נחשב בתור ביט מידע. באופן זה לא "מבוזבז" זמן על הקו - יש נצילות מלאה.

ואז כך גם נמנעים מ-bit stuffing, גם השעון מועבר, וגם המידע מועבר.

יתרון מסוים הוא שזמן המעבר (transition) לא תמיד חייב להיות ארוך:
כאשר רמת המתח חיובית ורוצים לציין היפוך של ביט (ע"י הגעה למתח שלילי), זמן המעבר כמובן יהיה ארוך יחסית.
כאשר רמת המתח 0 ורוצים לציין היפוך של ביט, זמן המעבר יהיה קצר יותר.

האם הצד המקבל תהיה בעיה בגזירת השעון (או שזה בלתי אפשרי) מהקידוד הנ"ל?

תודה!

ההסבר מעט מבולבל ולא בטוח שהבנתי נכון. אך ממה שנראה לי - אתה פשוט מנסה להמציא את מנצסטר מחדש (עם אות טרינרי במקום אות בינרי).
נסה לצייר את האות המשודר ע"פ ההצעה שלך לרצף "010101010101" (אם הבנתי נכון - כל שינוי יוצר מחזור - ירידה למתח שלילי ועליה למתח חיובי).
הנסיונות שלך נובעים ככל הנראה מכך שאתה חושב שקוד מנצסטר מייצר תדר כפול מקצב הביטים, אך זה כמובן שגוי. התדר המקסימלי של קוד מנצסטר יהיה זהה לקצב הביטים - כמו בהצעה שלך (אם הביטים היו משודרים ישירות ללא קידוד, התדר המקסימלי היה חצי מקצב הביטים שכן כל זוג ביטים מייצר לכל היותר מחזור אחד).

Elim

אכן, סליחה על ההסבר המבלבל. לבסוף גיליתי שיש בעיה קטנה עם הקידוד הנ"ל שכתבתי, למרות שניתן לפתרון (אם כי הוא לא אלגנטי).

לפי התמונה כאן, ניתן לראות שינויים בתדירות בקידוד מנצ'סטר, כאשר התדירות היא הכי גבוהה במצב של ביטים שווים רצופים (כמו '1' שלאחריו '1').
מה שאני רוצה זה להיפטר מהתדירות הגבוהה המיותרת הזו.
או לחלופין - אם זה אמור להיות ככה, אז ליצור קידוד שיוכל לשדר בתדירות נמוכה יותר.
כי מבחינתי תדירות גבוהה מידי מוגדרת כיותר מהחלפת מצב (transition) אחד בעבור ייצוג 2 ביטים.
במנצ'סטר יש 2 החלפות מצב בעבור הצגת פעמיים ביטים שווים רצופים.

במקום הקידוד הקודם שכתבתי, כתבתי קידוד חדש, הפעם בדקתי וחזרתי ובדקתי ואני בטוח שהוא אמור לעבוד טוב!

אני מעלה לכאן תמונה מתוך קובץ שכתבתי ב-++Notepad.
עדיף שלא להעתיק את הקוד בגלל הבדלי גודל תו ההזחה.
כמו כן מצורף קובץ הטקסט, כאן. (גודל טאב - 4 רווחים)


בבקשה תבדוק אותו (LL = Logic Level = רמה לוגית):

להלן ההסברים על כל בלוק:


B1 - מצב שבו הביטים של המידע לא משתנים. (להלן "מצב ברירת מחדל")
יש רצף של '1' לוגי כיוון שבמצב ההתחלתי של השידור רמת המתח הייתה חיובית.

B2 - בתחילת הבלוק, יש שינוי בבת-אחת מרמת מתח חיובית לרמת מתח שלילית, שזה נוגד את מצב ברירת המחדל.
שינוי זה מעיד על היפוך ביט.
לאחר מכן מצב ברירת המחדל ממשיך כהרגלו כיוון שיש רצף של '0'.

B3 - הביטים משנים מצב 4 פעמים: 3 ביטים שבתוך הבלוק, כולל ביט ה-'0' מהבלוק האחרון (B2).
בבלוק זה מוצג אך-ורק שינויי מצב\ביט מרמות המתחים הקיצוניים (חיובי ושלילי), אך לא מרמת מתח של 0v.

B4 - מתבצע שינויי סיביות מהרמת מתח 0v.
ניתן לראות שיש דילוג על העליה למתח חיובי וחזרה למתח 0v - מה שאמור היה להתבצע במצב ברירת המחדל.
כאן, לפני שהיה דרוש שינוי ביט מרמת מתח 0v, הייתה מגמת עלייה למתח חיובי.
לכן, בהתאם למצב ברירת המחדל והדילוג הנ"ל, מתבצעת חזרה למתח שלילי.

B5 - מצב ברירת מחדל עבור הביט '1'. אין כאן משהו מיוחד.

B6 - בדומה לבלוק 4, רק שכאן זה מתרחש במגמת ירידה (כאשר לפני כן הייתה רמת מתח חיובית שירדה למתח 0v).
שינוי הביט מתרחש לאחר שמגיעים למתח 0v, ולכן מתבצעת עלייה חזרה למתח חיובי (דילוג על ההגעה למתח שלילי וחזרה למתח 0v).

B7 - מצב ברירת המחדל עבור הביט '0'. אין כאן משהו מיוחד.
כאן מסתיימת התקשורת.


מושגים:

מגמת ירידה:
תחום של בין 2 ל-3 ביטים רצופים ושווים המייצג מעבר ממתח חיובי למתח שלילי.
לדוגמא, מעבר מפלוס 5 ל-0, ומעבר מ-0 למינוס 5, או מעבר מפלוס 5 למינוס 5 (ייצוג של 3 ביטים).

מגמת עלייה:
בדומה למגמת ירידה, רק שמייצג מעבר ממתח שלילי למתח חיובי.

מצב ברירת מחדל:
מצב שבו אין שינוי בביטים של המידע.
יתרון מצב זה הוא תדירות נמוכה יותר.

תיאור ציורי של מצב זה:

קוד:

    _       _       _ 
  _| |_   _| |_   _| |_
_|     |_|     |_|     |_

אם משהו לא ברור נא שאל!

לא התעמקתי יותר מדי - אך על פניו נראה בסדר.
ואם כבר קידוד טרנארי (שמצריך גם שמירת היסטוריה) - הכר את ה 4B3T הותיק, שפועל בתדר נמוך אף יותר (כל 4 ביטים מקודדים למחזור וחצי לכל היותר):
http://en.wikipedia.org/wiki/4B3T
וכן את ההיבריד טרנארי, שדי דומה לקידוד שלך:
http://en.wikipedia.org/wiki/Hybrid_ternary_code

Elim

אז למה לא משתמשים בקידוד הזה (או אלה) בכל הפרוטוקולים?
האם זה יחסית מסובך ליישום, כך שהמתכנן מעדיף קידוד פשוט יותר?

כי יש תקנים מכל מני סוגים, עם יתרונות וחסרונות לכל אחד (לעומת האחרים) כך שבד"כ בוחרים את מה שהכי מתאים לדרישות.

Elim