淺談通訊接口技術
發布時間:2018-02-26 來源:電子技術設計 責任編輯:lina
【導讀】現xian在zai大da家jia是shi否fou有you一yi種zhong很hen奇qi怪guai的de感gan覺jiao,越yue來lai越yue多duo的de設she備bei采cai用yong串chuan口kou通tong訊xun了le,並bing且qie還hai說shuo串chuan口kou就jiu這zhe麼me簡jian單dan的de幾ji根gen線xian比bi十shi幾ji根gen線xian的de並bing口kou速su度du還hai快kuai,這zhe個ge無wu論lun如ru何he都dou覺jiao得de有you些xie莫mo名ming其qi妙miao。若ruo你ni是shi這zhe種zhong感gan覺jiao的de,建jian議yi繼ji續xu看kan下xia去qu,若ruo覺jiao得de很hen正zheng常chang的de,請qing繞rao道dao。

先說大家最熟悉的接口,那莫過於UART接口,RS232類型的DB9接口,以前老式的電腦都帶的,可以接modem,大家做MCU51單片機項目,一般都用這個UART接口,串口速率115200bps、57600bps等,後來出來USB轉串口的PL2302和FT232,速率可以到921600bps,這個就算最高了。因為各種單片機都帶有UART接口,無論MCU51還是ARM,所以這個是大家最熟悉的。
同步串口有SPI,IIC等,尤其SPI速度相對高一些,可以到幾M,幾十M。UART之類的屬於異步串口,因為需要考慮數據同步信號恢複,所以速度不高。
大家都知道硬盤IDE接口、打印機接口,還有單片機、ARMdengdebingkou,zhexiesuduxiangduiyuchuankoulaishuo,yaokuaihenduo,danxianyeduohenduo,keyilijiejiandandelijieweishiduoluchuankoudebinglian。yejiushishuo,bingkoujiushigeluchuankoutongshifashujueryi。
但是大家也會發現這麼一個現象,就是並口有分兩種,比如大家接SDRAM的時候,就比較明顯,SDRAM相對於普通的並口,速度高了很多,SDRAM速度很輕鬆到100MHz,而普通並口速度隻能在幾十M附近,尤其做過普通手機的,都知道flash的接口速度上不去。這個其實主要不是接口速度導致的,而是總線方式不同。最早intel80接口,讀取信號為Data、Adrr、nCS、nRD、nWR,這個每次都需要送出地址,芯片譯碼選擇後,才能獲取數據,所以速度較慢,一般的MCU51都是這類總線,叫intel80,此外很多黑白液晶屏用68K接口,nRD、nWR換成了R/W,E。而新式的接口一般采用Data、Addr、CLK、RAS、CAS、WE等,這個一般叫burst模式並口,而intel80、68K這類的一般叫normal模式並口。burst模式最大的好處就是,配置好後,地址隻送一次,之後通過CLK不停的讀取數據,地址連續的讀取回來,這樣就不再需要送地址,選擇譯碼過程,內部默認了連續讀、寫,可以流水線操作,所以速度快很多,當然這類針對的CPU一般都有高速RAM的,或者就是需要整屏讀寫的,比如大一些的彩色LCD屏,3.5inch~10inch的都是這類接口,LCD屏上,有些人把這個叫做RGB接口。在ARM9處理器上最常見,如R、G、B各8根數據線,但往往不用全,去掉一些低位數據,組成565形式,之後帶CLK、VS(幀同步信號)、HS(行同步信號)、IIC配置信號。
以上所討論的有一個共同點,就是信息的傳播,都是基於電信號,一般以高於多少V或者低於多少V為1或者0來判斷的。電信號的載體是電場、dianya,suoyiyishangdetaolundoushijiyuchangguidedianluhuilulaitaolunde,xinhaodezaitijiezhibijiaosuibian,zhiyaonengchenghuilujike。dajiadouzhidao,changguidedianlushidiancichanglilunzaidisuxiadeyizhongjinsi,shidiancichangchuanboduocizhediefanshezhihoudewentai。dangxinhaopinlvgenggaodeshihou,zhezhongzhediefanshejiuhuidaozhixinhaodeqingxiduxiajiang,yejiushidajiasuoshuodexinhaowanzhengxingxiajiang,fangbobianchenglezhengxianboerdaozhiwufashibie。suoyiyaoxiangjinyibutigaotongxunsudu,bixuyaogaibianchuanshudezaiti,congdianchangzhuanbianweidiancichang,suoyichuanshujiezhigaichenglezhuanyongdechuanshuxian,ruweidaixian、同軸線等,對傳輸線的整個阻抗均勻等都有要求。
有you些xie朋peng友you一yi想xiang到dao高gao速su傳chuan輸shu,就jiu想xiang著zhe差cha分fen信xin號hao,但dan理li解jie上shang隻zhi是shi對dui外wai界jie的de抗kang幹gan擾rao能neng力li,它ta沒mei有you解jie決jue信xin號hao能neng量liang傳chuan輸shu過guo程cheng中zhong自zi己ji的de畸ji形xing,隻zhi要yao當dang差cha分fen信xin號hao進jin一yi步bu約yue束shu滿man足zu電dian磁ci場chang阻zu抗kang要yao求qiu的de時shi候hou,才cai能neng進jin一yi步bu的de解jie決jue自zi身shen的de信xin號hao畸ji形xing問wen題ti,所suo以yi這zhe個ge時shi候hou單dan純chun的de理li解jie差cha分fen,隻zhi能neng說shuo對dui了le一yi部bu分fen,並bing且qie高gao可ke靠kao的de信xin號hao傳chuan輸shu,很hen多duo都dou是shi用yong同tong軸zhou線xian、微帶線的,這個裏麵就不存在差分概念了。
基於這個理論,當前的高速串行接口就出來了,比如USB、1394、網口、SATA、LVDS等都是基於電磁場理論發展起來的,他們都有一個共同的特征,要求阻抗匹配,而這個就是電磁場理論最基礎的東西。
因為基於電磁場為載體的技術,速率上遠遠超過了基於電場理論的速率,這個等價於1、2個數量級的飛躍,所以現在的高速串口就比普通的低速並口速率還高了,這個就不奇怪了。
那麼大家要問,再進一步提高速率,是不是現有的高速串口的並行化呢,這個是一方麵,比如DDR2之類的,已經是如此了,但還有一種趨勢,比如SATA 1X、2X、4X這類的,不是簡單的並聯化,而應該講是網絡化。也就是說從1X、2X到4X,由一個通道,變成了4個(ge)網(wang)絡(luo)通(tong)道(dao)了(le)。數(shu)據(ju)的(de)通(tong)訊(xun)方(fang)式(shi)已(yi)經(jing)跟(gen)現(xian)在(zai)的(de)互(hu)聯(lian)網(wang)一(yi)樣(yang),實(shi)現(xian)了(le)網(wang)絡(luo)化(hua),因(yin)為(wei)考(kao)慮(lv)到(dao)這(zhe)些(xie)接(jie)口(kou),有(you)可(ke)能(neng)會(hui)有(you)一(yi)個(ge)接(jie)觸(chu)不(bu)良(liang),那(na)個(ge)通(tong)道(dao)就(jiu)不(bu)通(tong)了(le),但(dan)也(ye)不(bu)影(ying)響(xiang)數(shu)據(ju)通(tong)訊(xun),隻(zhi)是(shi)速(su)率(lv)慢(man)了(le)而(er)已(yi),若(ruo)還(hai)是(shi)常(chang)規(gui)的(de)並(bing)聯(lian)方(fang)式(shi),就(jiu)完(wan)全(quan)失(shi)效(xiao)了(le)。
以上隻是本人淺陋的觀點,歡迎指正
本文後傳:作者回複讀者疑問
很感謝大家的討論,有讀者發現錯誤之處已經修改,也有讀者如T.T.指出一些用詞上的錯誤,確實,其實想寫一篇嚴謹的文章,很難,也沒有這個精力,請大家理解我的用意即可。
benwenqiangtiaode,xiangjieshideshi,weishenmechangguidechuankoufazhandaobingkouyouhuidaogaosuchuankouqule,bingqieqiangtiaoleyiqiandechuankougenxianzaidechuankoudelilunjichushibutongde,chuanshujiezhiyeshibutongde,biruyiqiandechuankou,suibianyi、兩根回路線即可,現在的串口要求基於傳輸線或者是微帶線、同tong軸zhou線xian,還hai要yao匹pi配pei。還hai有you現xian在zai的de並bing口kou也ye不bu是shi以yi前qian的de常chang規gui並bing口kou,可ke能neng看kan起qi來lai是shi多duo個ge串chuan口kou並bing起qi來lai,但dan實shi際ji上shang已yi經jing是shi網wang絡luo化hua的de,因yin為wei以yi前qian的de並bing口kou去qu掉diao一yi根gen就jiu失shi效xiao了le,而er現xian在zai因yin為wei是shi串chuan口kou的de網wang絡luo化hua後hou的de並bing口kou,去qu掉diao一yi根gen是shi不bu會hui失shi效xiao的de。
其次大家會用常規電路裏麵的比如差分等來說明,這個隻能說是傳統電學理論思想,本身也沒有錯,但到了高速,尤其是G級別後,屬於微波級別,因為波長隻有幾個厘米了,器件,傳輸線尺寸跟信號波長接近的時候,就會出現類似光學的反射、色(se)散(san)現(xian)象(xiang),因(yin)為(wei)是(shi)電(dian)磁(ci)場(chang)這(zhe)個(ge)能(neng)量(liang)場(chang)在(zai)傳(chuan)輸(shu),若(ruo)匹(pi)配(pei)不(bu)好(hao),能(neng)量(liang)傳(chuan)輸(shu)過(guo)去(qu)無(wu)法(fa)被(bei)吸(xi)收(shou),就(jiu)必(bi)然(ran)反(fan)射(she)引(yin)起(qi)振(zhen)蕩(dang)等(deng),出(chu)現(xian)波(bo)形(xing)失(shi)真(zhen),這(zhe)個(ge)不(bu)是(shi)幹(gan)擾(rao)之(zhi)類(lei)的(de)可(ke)以(yi)解(jie)釋(shi)的(de),而(er)是(shi)它(ta)本(ben)身(shen)的(de)問(wen)題(ti)。
若ruo大da家jia還hai不bu能neng理li解jie,可ke以yi去qu思si考kao這zhe麼me一yi個ge問wen題ti,那na就jiu是shi為wei什shen麼me遠yuan距ju離li傳chuan輸shu的de光guang纖xian,一yi般ban要yao求qiu是shi單dan模mo光guang纖xian而er不bu能neng是shi多duo模mo光guang纖xian,因yin為wei多duo模mo光guang纖xian下xia,光guang進jin來lai後hou出chu現xian多duo種zhong類lei型xing的de模mo式shi傳chuan輸shu,而er各ge個ge類lei型xing的de速su率lv等deng特te性xing會hui有you不bu同tong,類lei似si色se散san,導dao致zhi光guang的de清qing晰xi度du模mo糊hu而er無wu法fa識shi別bie,所suo以yi要yao求qiu單dan一yi模mo式shi的de,才cai能neng長chang距ju離li傳chuan輸shu。
高gao頻pin微wei波bo級ji別bie後hou,電dian磁ci場chang特te性xing出chu來lai後hou,大da家jia要yao考kao慮lv這zhe個ge能neng量liang,因yin為wei信xin號hao是shi基ji於yu能neng量liang的de,能neng量liang若ruo沒mei有you被bei完wan全quan吸xi收shou,就jiu會hui反fan射she,這zhe個ge在zai現xian實shi中zhong大da家jia很hen容rong易yi理li解jie的de,但dan經jing典dian電dian路lu回hui避bi了le一yi個ge問wen題ti,那na就jiu是shi信xin號hao的de傳chuan輸shu速su率lv問wen題ti,還hai有you它ta的de建jian立li過guo程cheng。它ta認ren為wei速su率lv是shi無wu限xian的de,但dan實shi際ji上shang,他ta是shi有you限xian的de,那na就jiu是shi電dian磁ci場chang的de速su度du,既ji然ran有you電dian磁ci場chang的de速su度du存cun在zai,就jiu無wu法fa回hui避bi能neng量liang匹pi配pei的de問wen題ti。
dangrandiancichangshibijiaofuzade,yefeiwojiandandemiaoshujijujiunengjiangjieqingchude。houxudewenzhangzhong,wodasuanzhuanmenxieyixietongsuyidongdeguanyudiancichangdewenzhang,danqingdajiabuyaoguoyukeqiu,youqishiyanjinxingfangmian。
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