Эквалайзеры – электронные средства коррекции АЧХ кабеля
Сейчас активно ведутся исследования по выравниванию АЧХ кабеля с применением эквалайзеров цифровых последовательных интерфейсов. Это позволяет корректировать форму импульсов для повышения достоверности передаваемой информации. Коррекция проводится в двух точках: трансмиттерные эквалайзеры корректируют форму передаваемых импульсов, а ресиверные – принимаемых импульсов. Сложность проектирования эквалайзеров в том, что заранее не известны параметры используемого кабеля.
Частотная зависимость затухания сигнала в кабеле – причина искажений формы сигналов и межсимвольной интерференции. Сформировать АЧХ эквалайзера, используя простые аналоговые фильтры, не удается.
Эквалайзеры в системах связи с однонаправленным потоком информации
Практически все схемы эквалайзеров предназначены для использования в системах связи с однонаправленным непрерывным потоком информации, например DVI, GigaSTaR. В этих системах сигнал синхронизации передается в линии связи даже при отсутствии информации. Однонаправленный непрерывный поток импульсов имеет широкий, но ограниченный спектр, в котором отсутствуют НЧ-составляющие. В таких системах легко реализуются регенераторы-повторители сигналов. При проектировании системы связи регенераторы включаются в кабельную линию через равные промежутки. Длина отрезка кабеля рассчитывается так, чтобы регенератор с эквалайзером полностью восстановил амплитуду и форму импульсных сигналов.
|
|
|
В регенераторах-повторителях форма импульсов восстанавливается в блоках ресиверных эквалайзеров. Эквалайзер состоит из двух усилителей с управляемым коэффициентом усиления и заданной АЧХ. Первый усилитель имеет равномерную АЧХ, а усиление второго усилителя пропорционально квадратному корню из частоты. Выходные сигналы усилителей суммируются, затем поступают на выходной формирователь и блоки обратной связи – полосовые ФНЧ и ФВЧ, на детекторы уровня сигналов и на интегрирующие ФНЧ. Таким образом, ВЧ-составляющие спектра выходного сигнала регенератора управляют усилителем с неравномерной АЧХ, а НЧ-составляющие – усилителем с равномерной АЧХ. При этом соотношение мощностей ВЧ- и НЧ-составляющих в спектре всегда постоянно. Кратковременные изменения спектра сигнала усредняются ФНЧ в блоке обратной связи с постоянной времени, которая во много раз больше длительности информационных импульсов. Применение адаптивных регенераторов позволяет передавать импульсные сигналы по кабелю с общей длиной несколько сотен метров без использования эквалайзеров в приемопередатчиках.
Практически все проблемы передачи импульсных сигналов в однонаправленном потоке решаются применением ресиверных адаптивных эквалайзеров и регенераторов – повторителей на их основе.
|
|
|
Эквалайзеры в системе связи с двунаправленной пакетной передачей информации
В кабельных системах связи с двунаправленной пакетной передачей информации (USB, IEEE 1394, Ethernet) адаптивные регенераторы-повторители пока не используются. Для увеличения длины кабеля применяются устройства типа концентраторов (Hub), которые включают полнофункциональные синхронизированные приемопередатчики. Такие решения не позволяют существенно снизить стоимость кабельной системы.
Известны решения, в которых длина кабеля может быть увеличена за счет применения трансмиттерного синхронного эквалайзера, усиливающего ВЧ-составляющие импульсного сигнала. Ключевая проблема в том, что требуемая величина ВЧ-усиления зависит от длины и параметров кабеля. Теоретически существует возможность адаптивной настройки такого эквалайзера по сигналу, принимаемому от аналогичного передатчика на другом конце кабеля, но в этом случае требуется изменение спецификации и протокола работы системы связи.
Усиление ВЧ-составляющих в отсутствие длинного кабеля создает межсимвольную интерференцию и ухудшает достоверность передаваемой информации. Решение этой проблемы требует корректировки спецификаций интерфейсов, уже используемых для пакетной передачи.
|
|
|
Однако в рамках действующих спецификаций можно улучшить качество сигнала на выходе кабеля, а также увеличить его длину. Для этого предложены два базовых решения. Первое – это повышение достоверности приема сигнала без коррекции АЧХ. Оно достигается благодаря применению синхронного ресиверного эквалайзера, совмещенного с блоком синхронизации входного потока. Второе – использование двунаправленных регенераторов-повторителей с асинхронными трансмиттерными эквалайзерами. Повторители могут формировать оптимальную для передачи форму сигнала, не соблюдая требований спецификаций. При этом сигналы стандартных интерфейсов восстанавливаются на конце кабеля, а адаптированные сигналы передаются только между повторителями. Это дает возможность примененять кабель, не соответствующий спецификации на интерфейс.
Новый синхронный ресиверный эквалайзер использует свойства сигнала, искаженного прохождением по кабелю. Наибольшую сложность при приеме представляют короткие импульсы, передаваемые между длинными. Выделить короткий импульс заданной полярности можно, изменив порог срабатывания одного входного компаратора. Для выделения импульсов противоположной полярности требуется другой компаратор с порогом срабатывания, смещенным в противоположном направлении.
|
|
|
Величину смещения порога срабатывания компараторов можно регулировать блоком управления, регистрирующим максимальную амплитуду входного сигнала. Новый эквалайзер не использует аналоговых фильтров, не требует времени на адаптацию к входному сигналу и практически не увеличивает площадь приемопередатчика на кристалле микросхемы.
При построении регенераторов-повторителей для интерфейсов с пакетной передачей данных важнейшим параметром является время между передаваемыми и принимаемыми пакетами, заданное в спецификации. Оно определяет максимально допустимую задержку сигнала в кабеле и, соответственно, его максимальную длину. Задержка сигнала в регенераторах уменьшает максимальную длину кабеля. Поэтому предпочтительны асинхронные методы обработки сигналов. Кроме этого автономные регенераторы должны быть дешевыми, иметь малое потребление энергии и использовать питание, передаваемое по кабелю.
Практика применения эквалайзеров в цифровых кабельных системах с однонаправленной передачей данных показала, что это эффективное и дешевое решение, увеличивающее дальность кабельной связи. При двунаправленной передаче увеличение дальности связи может быть пока достигнуто системными средствами, которые значительно дороже эквалайзеров.
Разработаны технические решения, позволяющие существенно увеличить допустимую длину кабеля благодаря применению эквалайзеров, в том числе и в системах с двунаправленной передачей данных. В ближайшие годы решения с использованием эквалайзеров будут активно развиваться, что сделает их обязательным элементом цифровых интерфейсов.
3. Объекты исследования, оборудование, инструмент.
Программное обеспечение: Electronics Workbench V5.12.
4. Подготовка к работе.
4.1. Изучить теоретические сведения (п. 2).
4.2. Включить ПК, открыть Electronics Workbench V5.12.
5. Программа работы.
5.1. В окне программы Electronics Workbench V5.12 составить схему 6-ти полосного эквалайзера (рис.1).
5.2. Построить АЧХ схемы.
5.3. Отключить выходы всех секций
5.4. Подключить выход первой секции.
5.5. Построить АЧХ, определить частоту, соответствующую максимуму на АЧХ.
5.6. Определить полосу пропускания (по уровню -3 Дб) данной секции эквалайзера.
5.7. Определить диапазон изменения уровня сигнала на выходе этой секции с помощью соответствующего переменного резистора. (Установить потенциометр в положение 0 % - измерить уровень на выходе, установить потенциометр в положение 100 % - измерить уровень на выходе).
5.8. Повторить п.п. 5.3 - 5.7 для каждой секции эквалайзера. Результаты записать в отчет
6. Анализ полученных результатов.
Сравнить полученные амплитудно-частотные характеристики отдельных секций между собой. Сделать выводы.
Содержание отчета
1. Тема и цель лабораторной работы.
2. Краткое изложение теоретической части.
3. Схема (рис.1).
4. АЧХ каждой секции эквалайзера с указанием частот, соответствующих максимам характеристик.
5. Полоса пропускания (по уровню -3 Дб) каждой секции эквалайзера.
6. Результирующая АЧХ (все секции подключены, все регуляторы расположены в одинаковом положении).
Контрольные вопросы.
1. Что представляет собой эквалайзерный фильтр?
2. Из каких блоков состоит эквалайзерный фильтр?
3. Где применяются эквалайзерные фильтры?
4. Какова полоса пропускания вышерассмотренного эквалайзерного фильтра?
5. Какие виды эквалайзерных фильтров Вы еще знаете?
РАБОТА № 9
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 555; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!