ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО МАНЧЕСТЕРСКОГО КОДИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к области электроники, в частности к устройствам приема и передачи информации по проводным линиям связи, в качестве кода передачи которых используется биполярный фазоманипулированный код Манчестер-II (манчестерский код).
Известно устройство для формирования, передачи и последующей дешифрации линейного сигнала (С.М. Сухман, А.В. Бернов, Б.В. Шевкопляс. Синхронизация в телекоммуникационных системах. Анализ инженерных решений. М.: Эко-Трендз, 2003 г., стр. 258-260), которое содержит шифратор, дешифратор и линию связи кода Манчестер-II.
Недостатком данного устройства является отсутствие защиты от помех, возникающих в линии связи во время передачи и приема информации. Кроме того, для вхождения приемника в синхронизм с передатчиком, необходимо на передающей стороне в информационном сигнале создавать переход из 0 в 1.
Известен приемопередатчик последовательного интерфейса с элементом гальванической развязки (патент РФ №2511429 на изобретение от 19.07.2012 г.), содержащий приемопередатчик, кодирующее и декодирующее устройство.
Недостатком данного приемопередатчика является необходимое наличие входного сигнала для установки декодера в исходное состояние и дополнительных входов для установки порога срабатывания приемника.
Известна система для дуплексной передачи информации по двухпроводной линии связи, выбранная в качестве прототипа (патент РФ №2381627 на изобретение от 30.05.2006 г.), содержащая элемент гальванической развязки, кодирующее и декодирующее устройство.
Недостатком данной системы является низкая помехоустойчивость за счет организации схемы восстановления сигнала и подачи питания на удаленное устройство приема информации через одну линию связи. Кроме того, данная система не блокирует помехи, возникающие из-за влияния трансформаторов и неидеального согласования линии связи.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении помехоустойчивости за счет блокирования помех и контроля правильности передачи сигналов.
Для достижения указанного технического результата устройство содержит плату, включающую синхронизатор и N каналов. Синхронизатор содержит генератор и делитель частоты, при этом к выходу генератора подключен счетный вход делителя частоты, к выходам которого подключены синхронизирующие входы каждого канала. Каждый канал содержит кодирующее устройство, декодирующее устройство, передающее устройство, приемное устройство, трансформаторную гальваническую развязку, резистор и конденсатор. Кодирующее устройство содержит формирователь нормированной длительности информационных сигналов, формирователь длительности передачи и шифратор фазоманипулированного (манчестерского) кода. Декодирующее устройство содержит первый и второй формирователи блокировки, формирователь сигнала единиц, формирователь сигнала нулей, формирователь сигнала сброса, формирователь длительности приема и буферные элементы. Входные сигналы единиц и нулей подключены соответственно к первому и второму входам формирователя нормированной длительности информационных сигналов, информационный выход которого подключен к входу формирователя длительности передачи и к первому входу шифратора фазоманипулированного кода, а синхронизирующий выход подключен ко второму входу шифратора фазоманипулированного кода. Выход формирователя длительности передачи подключен к третьему входу шифратора фазоманипулированного кода, прямой и инверсный выходы которого соответственно подключены к прямому и инверсному входам передающего устройства, прямой выход которого подключен к прямому входу приемного устройства и к первому выводу первичной обмотки трансформаторной гальванической развязки, а инверсный выход подключен к инверсному входу приемного устройства и ко второму выводу первичной обмотки трансформаторной гальванической развязки. Третий вывод первичной обмотки трансформаторной гальванической развязки, через параллельно включенные резистор и конденсатор, подключен к общей цепи питания, четвертый и пятый выводы вторичной обмотки трансформаторной гальванической развязки через защитные резисторы подключены к линии связи. Прямой выход приемного устройства подключен к первому входу формирователя длительности приема и к первому входу формирователя сигнала единиц, а инверсный выход подключен второму входу формирователя длительности приема и к первому входу формирователя сигнала нулей. Выход формирователя длительности приема подключен к разрешающим входам формирователя сигнала единиц и формирователя сигнала нулей. Выход формирователя сигнала единиц соединен с первым формирователем блокировки, с первым входом формирователя сигнала сброса и через буферный элемент с первым выходом канала. Выход формирователя сигнала нулей соединен со вторым формирователем блокировки, со вторым входом формирователя сигнала сброса и через буферный элемент со вторым выходом канала. Выход формирователя сигнала сброса подключен к обнуляющему входу формирователя длительности приема. Выход первого формирователя блокировки подключен к обнуляющему входу формирователя сигнала нулей, а выход второго формирователя блокировки подключен к обнуляющему входу формирователя сигнала единиц.
Полезная модель поясняется схемами:
- фиг. 1 - Структурная схема приемопередающего устройства манчестерского кодирования;
- фиг. 2 - Структурная схема канала;
- фиг. 3 - Сигналы в различных точках схемы при передаче униполярного кода 10010.
На фиг. 1 показано:
- приемопередающее устройство манчестерского кодирования;
- синхронизатор;
- генератор;
- делитель частоты;
- каналы 1, 2, 3…N.
Приемопередающее устройство манчестерского кодирования содержит плату, включающую синхронизатор и каналы 1, 2, 3…N. Синхронизатор содержит генератор и делитель частоты, при этом к выходу генератора подключен счетный вход делителя частоты, к выходам которого подключены синхронизирующие входы каналов 1,2, 3…N.
На фиг. 2 показано:
- 1 - формирователь нормированной длительности информационных сигналов;
- 2 - формирователь длительности передачи;
- 3 - шифратор фазоманипулированного (манчестерского) кода;
- 4 - передающее устройство;
- 5 - первый формирователь блокировки;
- 6 - второй формирователь блокировки;
- 7 - формирователь сигнала единиц;
- 8 - формирователь сигнала нулей;
- 9 - формирователь сигнала сброса;
- 10 - формирователь длительности приема;
- 11 - приемное устройство;
- 12, 13- буферные элементы;
- 14, 15- защитные резисторы;
- 16 - входной сигнал единиц;
- 17 - входной сигнал нулей;
- 18 - информационный сигнал формирователя нормированной длительности информационных сигналов 1;
- 19 - синхронизирующий сигнал формирователя нормированной длительности информационных сигналов 1;
- 20 - сигнал длительности передачи;
- 21 - прямой сигнал шифратора фазоманипулированного кода 3;
- 22 - инверсный сигнал шифратора фазоманипулированного кода 3;
- 23 - прямой сигнал приемного устройства 11;
- 24 - инверсный сигнал приемного устройства 11;
- 25 - выходной сигнал единиц;
- 26, 28 - выходные сигналы блокировки;
- 27 - выходной сигнал нулей;
- 29 - выходной сигнал сброса;
- 30 - выходной сигнал длительности приема;
- 31 - первый выход канала;
- 32 - второй выход канала;
- 33 - выходной сигнал защиты;
- 34 - резистор;
- 35 - конденсатор;
- трансформаторная гальваническая развязка;
- линия связи.
Каждый канал содержит кодирующее устройство, декодирующее устройство, передающее устройство 4, приемное устройство 11, трансформаторную гальваническую развязку, защитные резисторы 14,15, резистор 34 и конденсатор 35.
Кодирующее устройство содержит формирователь нормированной длительности информационных сигналов 1, формирователь длительности передачи 2 и шифратор фазоманипулированного (манчестерского) кода 3.
Декодирующее устройство содержит первый 5 и второй 6 формирователи блокировки, формирователь сигнала единиц 7, формирователь сигнала нулей 8, формирователь сигнала сброса 9, формирователь длительности приема и буферные элементы 12, 13.
Входной сигнал единиц 16 и входной сигнал нулей 17 подключены соответственно к первому и второму входам формирователя нормированной длительности информационных сигналов 1. Информационный выход формирователя нормированной длительности информационных сигналов 1 подключен к входу формирователя длительности передачи 2 и к первому входу шифратора фазоманипулированного кода 3. Синхронизирующий выход формирователя нормированной длительности информационных сигналов 1 подключен ко второму входу шифратора фазоманипулированного кода 3. Выход формирователя длительности передачи 2 подключен к третьему входу шифратора фазоманипулированного кода 3. Прямой и инверсный выходы шифратора фазоманипулированного кода 3 соответственно подключены к прямому и инверсному входам передающего устройства 4. Прямой выход передающего устройства 4 подключен к прямому входу приемного устройства 11 и к первому выводу первичной обмотки трансформаторной гальванической развязки. Инверсный выход передающего устройства 4 подключен к инверсному входу приемного устройства 11 и ко второму выводу первичной обмотки трансформаторной гальванической развязки. Третий вывод первичной обмотки трансформаторной гальванической развязки, через параллельно включенные резистор 34 и конденсатор 35, подключен к общей цепи питания. Четвертый и пятый выводы вторичной обмотки трансформаторной гальванической развязки через защитные резисторы 14, 15 подключены к линии связи. Прямой выход приемного устройства 11 подключен к первому входу формирователя длительности приема 10 и к первому входу формирователя сигнала единиц 7. Инверсный выход приемного устройства 11 подключен второму входу формирователя длительности приема 10 и к первому входу формирователя сигнала нулей 8. Выход формирователя длительности приема 10 подключен к разрешающим входам формирователя сигнала единиц 7 и формирователя сигнала нулей 8. Выход формирователя сигнала единиц 7 соединен с первым формирователем блокировки 5, с первым входом формирователя сигнала сброса 9 и через буферный элемент 12 с первым 31 выходом канала. Выход формирователя сигнала нулей 8 соединен со вторым формирователем блокировки 6, со вторым входом формирователя сигнала сброса 9 и через буферный элемент 13 со вторым 32 выходом канала. Выход формирователя сигнала сброса 9 подключен к обнуляющему входу формирователя длительности приема 10. Выход первого формирователя блокировки 5 подключен к обнуляющему входу формирователя сигнала нулей 8, а выход второго формирователя блокировки 6 подключен к обнуляющему входу формирователя сигнала единиц 7.
На фиг. 3 показано:
- 16 - входной сигнал единиц;
- 17 - входной сигнал нулей;
- 18 - информационный сигнал формирователя нормированной длительности информационных сигналов 1;
- 19 - синхронизирующий сигнал формирователя нормированной длительности информационных сигналов 1;
- 20 - сигнал длительности передачи;
- 21 - прямой сигнал шифратора фазоманипулированного кода 3;
- 22 - инверсный сигнал шифратора фазоманипулированного кода 3;
- 23 - прямой сигнал приемного устройства 11;
- 24 - инверсный сигнал приемного устройства 11;
- 25 - выходной сигнал единиц;
- 26, 28 - выходные сигналы блокировки;
- 27 - выходной сигнал нулей;
- 29 - выходной сигнал сброса;
- 30 - выходной сигнал длительности приема;
- 31 - выходной сигнал единиц;
- 32 - выходной сигнал нулей;
- Т - длительность разрядного интервала;
- А, Б - импульсы (помехи).
Сигнал единиц соответствует передаче (приему) единичного разряда униполярного кода. Сигнал нулей соответствует передаче (приему) нулевого разряда униполярного кода. Полезная модель работает следующим образом:
Сигналы генератора, проходя через делитель частоты, поступают на синхронизирующие входы каждого канала.
Формирователь нормированной длительности информационных сигналов 1 из входного сигнала единиц 16 и входного сигнала нулей 17 формирует соответственно информационный 18 и синхронизирующий 19 сигналы, из которых шифратором фазоманипулированного кода 3 формируются прямой 21 и инверсный 22 сигналы фазоманипулированного кода, поступающие на передающее устройство 4. Передающее устройство 4 через трансформаторную гальваническую развязку передает в линию связи биполярный фазоманипулированный код Манчестер-II. Единица передается как биполярный кодированный сигнал 1/0 (за положительным импульсом следует отрицательный импульс). Нуль передается как биполярный кодированный сигнал 0/1 (за отрицательным импульсом следует положительный импульс). Переход через нулевой уровень осуществляется в средине интервала времени Т, в течение которого передается информационный разряд. Одновременно информационный сигнал 18 подается на формирователь длительности передачи 2, формирующий сигнал длительности передачи 20, который поступает на шифратор фазоманипулированного кода 3, разрешает его работу. При отсутствии входного сигнала единиц 16 или входного сигнала нулей 17, в течение интервала времени более Т заканчивается формирование сигнала длительности передачи 20 и прекращается передача.
При передаче с передающего устройства 4 сигналы поступают соответственно на прямой и инверсный входы приемного устройства 11, где формируются прямой 23 и инверсный 24 сигналы приемного устройства 11.
Прямой сигнал 23 поступает на первый вход формирователя длительности приема 10 и на первый вход формирователя сигнала единиц 7. Инверсный сигнал 24 поступает на второй вход формирователя длительности приема 10 и на первый вход формирователя сигнала нулей 8.
Формирователь длительности приема 10 формирует сигнал длительности приема 30, который поступает на разрешающие входы формирователя сигнала единиц 7 и формирователя сигнала нулей 8. Формирователь сигнала единиц 7 формирует выходной сигнал единиц 25, который запускает первый формирователь блокировки 5 и через буферный элемент 12 поступает на выходной сигнал единиц 31. Формирователь сигнала нулей 8 формирует выходной сигнал нулей 27, который запускает второй формирователь блокировки 6 и через буферный элемент 13 поступает на выходной сигнал нулей 32. Первый формирователь блокировки 5 формирует выходной сигнал блокировки 26, который поступает на обнуляющий вход формирователя сигнала нулей 8. Второй формирователь блокировки 6 формирует выходной сигнал блокировки 28, который поступает на обнуляющий вход формирователя сигнала единиц 7.
Таким образом, при действии прямого сигнала 23 блокируется действие инверсного сигнала 24 и, наоборот, при действии инверсного сигнала 24 блокируется действие прямого сигнала 23.
Длительность сигнала блокировки должна быть меньше интервала времени Т и больше Т/2.
Выходной сигнал единиц 25 и выходной сигнал нулей 27 поступают на формирователь сигнала сброса 9. В случаи отсутствия сигнала единиц 25 или сигнала нулей 27 больше времени Т, формируется выходной сигнал сброса 29, который обнуляет формирователь длительности приема 10. На этом прием информации заканчивается.
Резистор 34 и конденсатор 35 используются для защиты от перегрузки выходных каскадов передающего устройства 4. При этом во время передачи формируется выходной сигнал защиты 33, который используется для функционального контроля. Резисторы 14, 15 используются для защиты линии связи от неисправностей в данном устройстве, например, от короткого замыкания в обмотках трансформатора и для защиты устройства от неисправностей в линии связи.
При приеме информации из линии связи декодирующее устройство работает аналогично, при этом нет сигналов входного сигнала единиц 16, входного сигнала нулей 17, информационного сигнала формирователя нормированной длительности информационных сигналов 18, синхронизирующего сигнала формирователя нормированной длительности информационных сигналов 19, сигнала длительности передачи 20, прямого 21 сигнала шифратора фазоманипулированного кода и инверсного 22 сигнала шифратора фазоманипулированного кода.
На фиг. 3 на эпюре сигнала 23 показано, что действие импульсов А и Б, которые являются помехами и могут привести к искажению информации, блокируются. Импульс А блокируется, т.к. он формируется при кодировании не в средине интервала времени Т, в течение которого передается информационный разряд. Импульс Б блокируется, т.к. образуется в конце передачи из-за намагниченности трансформаторной гальванической развязки, не идеального согласования, отражений и помех в линии связи. Следовательно, блокирование таких импульсов (помех) значительно повышает помехоустойчивость устройства.
На фиг. З на эпюрах сигналов 31 и 32 показано, что сигналы 31 и 32 с некоторой задержкой полностью повторяют входные передаваемые сигналы 16 и 17 соответственно. Следовательно, контроль правильности передачи сигналов также повышает помехоустойчивость устройства.
Таким образом, использование предложенного технического решения в устройствах приема и передачи информации по проводным линиям связи, в качестве кода передачи которых используется биполярный фазоманипулированный код Манчестер-II, за счет блокирования помех и контроля правильности передачи сигналов повышает помехоустойчивость устройства.