Codul Manchesterului este ce?

Comunicarea digitală în serie a devenit destul de populară. Există multe variații: între interfețele standard la nivelul consiliului avem UART, SPI și I2C. Comunicarea "digitală" poate fi realizată și cu ajutorul semnalelor analogice. Un exemplu este o linie de transmisie de date de radiofrecvență care utilizează modificări ale amplitudinii, frecvenței sau fazei analogice pentru transmiterea fără fir a datelor binare. De asemenea, există interfețe diferențiale de mare viteză, cum ar fi linii de serie bazate pe LVDS sau USB.

Codul Manchester: ce este și de ce să-l folosiți

Atunci când se transferă date, sunt introduse diferite metode de codificare pentru a asigura securitatea datelor și transferul rapid. Codificarea Manchester este o astfel de metodă digitală de codificare. Este foarte diferit de alte metode, deoarece, în mod implicit, fiecare lungime a datelor este fixată. Starea biților este determinată în conformitate cu direcția tranziției. Sistemele diferite reprezintă statutul de biți diferit, dar majoritatea sistemelor reprezintă un bit împotriva tranziției de la joasă la înaltă și de 0 biți pentru tranziția înaltă și joasă.

Manchester codificare - o metodă de modulare a datelor care pot fi utilizate în multe situații, dar este deosebit de util atunci când transferul de informații binare bazate pe analog, frecvență radio, optic, digital, sau pe distanțe lungi semnale digitale de mare viteză.

Sincronizarea semnalelor este principalul avantaj al codării Manchester. Oferă o fiabilitate mai mare cu aceeași rată de transfer de date comparativ cu alte metode. Dar codificarea Manchester are și unele dezavantaje. De exemplu, consumă mai multă lățime de bandă decât semnalul original.

Toate tipurile de codificare din Manchester au următoarele caracteristici:

• Fiecare bit este transmis la un moment fix.
• "1" indică momentul în care are loc o tranziție de la înaltă la joasă, "0" este exprimată atunci când tranziția este de la mică la înaltă.
• Tranziția, utilizată pentru nota 1 sau 0, apare exact în mijlocul perioadei.

Codificarea în sens general este procesul de conversie a datelor în formatul necesar pentru a satisface nevoile de procesare a informațiilor, inclusiv:

• Compilarea și executarea programului.
• Transmisia, stocarea și comprimarea datelor (decompresie).
• Procesarea datelor de aplicație, cum ar fi conversia fișierelor.

Toate tipurile de coduri pot avea două sensuri:

• În tehnologia informatică, codificarea este procesul de aplicare a unui anumit cod, cum ar fi literele, simbolurile și cifrele, la datele care trebuie convertite la un cifru echivalent.
• În electronică, codificarea se referă la o conversie analog-digitală.

Un pic de istorie

Codul Manchester (publicat prima dată în 1949) este o tehnologie de codare a ceasului sincron, utilizată de stratul fizic pentru a codifica semnalul de ceas și datele de biți sincrone. În această metodă, datele binare reale care trebuie transmise prin cablu nu sunt trimise ca o secvență de unități logice și zerouri (cunoscute din punct de vedere tehnic ca Non Return to Zero sau NRZ). În schimb, biții sunt convertiți într-un format ușor diferit, care are un număr de avantaje față de utilizarea codării binare directe.

Codul Manchester conține tranziții frecvente care permit receptorului să recupereze semnalul de sincronizare cu o buclă digitală blocată (DPLL) și să decodeze corect valoarea și sincronizarea fiecărui bit. Pentru a asigura funcționarea fiabilă folosind DPLL, bitul de transmis trebuie să conțină o densitate mare de tranziții de biți. Toate codurile garantează acest lucru, permițând DPLL-ului să primească corect semnalul de ceas.

Descrierea tehnică

Un cod Manchester în două faze poate consuma aproximativ două ori lățimea de bandă a semnalului original (20 MHz). Acest lucru este bine pentru introducerea tranzițiilor frecvente. Pentru o rețea locală de 10 Mbps spectrul de semnale se află între 5 și 20 MHz. Codificarea Manchester este folosită ca strat fizic al unei rețele Ethernet, unde o lățime de bandă suplimentară nu reprezintă o problemă semnificativă pentru transmiterea unui cablu coaxial. Lățimea de bandă limitată a cablului CAT5e a necesitat o metodă de codare mai eficientă pentru transmiterea a 100 Mbps utilizând codul MLT 4b / 5b. Acest lucru utilizează trei niveluri de semnal (în loc de cele două niveluri utilizate în codificarea Manchester), și, prin urmare, semnalul de 100 Mbps ocupă doar o lățime de bandă de 31 MHz. Gigabit Ethernet utilizează cinci straturi și 8b / 10b codificare pentru a asigura o utilizare mai eficientă a lățimii de bandă limitată a cablului, transmiterea de 1 Gb / s într-o lățime de bandă de 100 MHz.

Definiția concept

La transmiterea datelor, codul Manchester este o formă de codificare digitală, în care biții de date sunt reprezentați prin tranziții de la o stare logică la alta. Aceasta diferă de mai comună metodă, în care un bit este reprezentat fie de o stare de mare, de exemplu, +5 volți, sau o stare scăzută, de exemplu 0 volți.

Când se folosește codul Manchester II, lungimea fiecărui bit de date este setată implicit. Acest lucru face ca semnalul să se sincronizeze automat. Starea biților este determinată în conformitate cu direcția tranziției. În unele sisteme, trecerea de la mic la mare este logic 1, și trecerea de la mare la mic este logic 0. În alte sisteme, trecerea de la mic la mare este zero logic și unitate (ca o tranziție de la mare la mic).

Bine, dar nu perfectă. Avantajele și dezavantajele tehnologiei

Principalul avantaj al codării Manchester este faptul că semnalul este sincronizat. Acest lucru minimizează rata de eroare și optimizează fiabilitatea. Principalul dezavantaj este faptul că semnalul codificat în Manchester necesită transmiterea mai multor biți decât în ​​semnalul original.

În ciuda avantajelor insurmontabile ale comunicării digitale standard în comparație cu semnalarea analogică, există unele limitări generale ale tehnologiei.

Una dintre ele este problema de sincronizare: receptorul trebuie să știe exact când este trimisă informația pentru a selecta datele primite. Rețineți că această sincronizare nu este necesară pentru transmisia audio analogică. Semnalul audio demodulat poate fi transmis către difuzor fără o interpretare explicită a datelor de pe partea receptorului.

Un alt dezavantaj este necesitatea conectării unui curent direct. Datele digitale pot include secvențe lungi continue ale acestora sau zerouri, astfel încât semnalul digital standard folosit pentru a transmite aceste date va rămâne la aceeași tensiune pentru o perioadă relativ lungă de timp.

Rezolvarea problemelor de constrângere

Codificarea Manchester oferă un mijloc de a elimina aceste două limitări. Aceasta este o schemă simplă de modulare digitală care efectuează două funcții:

• se asigură că semnalul nu va rămâne niciodată la un nivel logic scăzut sau logic ridicat pentru o perioadă lungă de timp;
• convertește semnalul de date într-un semnal de date plus sincronizare.

Metode de codificare

În multe cazuri, este perfect acceptabil să folosiți un semnal de ceas separat pentru a realiza sincronizarea între emițător și receptor. Dar, uneori, această abordare nu este de dorit, cum ar fi atunci când aveți nevoie pentru a minimiza cantitatea de interconectare între părți ale sistemului sau când miniaturizarea necesită un microcontroler cu cel mai mic număr de contacte care pot oferi într-un fel funcționalitatea necesară.

În alte situații, un semnal de ceas separat nu este o opțiune. De exemplu, ar fi extrem de ineficient pentru a include două RF emițător și receptor separat (adică una pentru date și unul pentru ore) într-o linie de complex de transmisie de date fără fir.

Constrângeri de interfață

În cazul interfeței UART, ceasul intern poate fi utilizat în locul ceasului extern transmis de emițător și receptor. Dar această strategie aduce limitări semnificative:

• Nu este rezistent la modificările de frecvență, care devin mai problematice atunci când transmițătorul și receptorul sunt în condiții diferite.
• Nu are flexibilitate, deoarece necesită ca dispozitivele Tx și Rx să fie preconfigurate explicit pentru aceeași rată de date.
• De obicei, receptorul are nevoie de o rată de ceas intern care este semnificativ mai mare decât rata de date, ceea ce poate duce la limitări grave la rata maximă de transfer a datelor.

Evitarea curentului direct

Sisteme complexe, mai ales cu înaltă tensiune nu este întotdeauna în măsură să furnizeze o tensiune de mod comun a semnalului transmis este compatibil cu intervalul admisibil de modul receptor comun. O altă problemă este curentul de eroare. O conexiune permanentă nu protejează împotriva curenților periculoși pe termen lung care rezultă dintr-un scurtcircuit.

Astfel, o conexiune AC este o modalitate simplă de a reduce inconvenientele și riscurile asociate modurilor de tensiune în mod obișnuit și modurilor de defectare.

Tehnologia de codare liniară este utilizată în rețelele Ethernet standard, specificate în standardul IEEE 802.3. Codarea liniară este procesul prin care informațiile digitale dintr-un bitstream binar sunt convertite în semnale electrice pentru transmisie.

Cum funcționează

Un cod de două niveluri utilizează o tranziție de tensiune în două state pentru a reprezenta un bit de informație. Binar 0 este reprezentat de o tranziție de la o tensiune mai mare la o tensiune mai mică pentru timpul stabilit pentru transmiterea unui bit (adică un "timp de biți"). Binarul 1 este reprezentat de o tranziție de la cea mai mică la cea mai mare. Pentru rețelele Ethernet, tensiunea ridicată este de obicei +0,85 V, iar nivelul de tensiune joasă este de obicei -0,85 V, ceea ce face ca fiecare tranziție de tensiune să fie de 1,7 V.

Aspectele pozitive ale procesului

Codificarea Manchester are avantajul că permite transmiterea datelor fără a fi nevoie de un semnal de sincronizare suplimentar. Acest lucru este posibil deoarece tranzițiile de tensiune apar în mijlocul fiecărui interval de transmisie al bitului care stabilește modelul de sincronizare. Astfel, schimbarea intervalului mediu permite stațiilor de recepție să mențină sincronizarea corespunzătoare între ele pentru a asigura integritatea transmisiei. Datorită tranziției adiționale la bitul utilizat în scopuri de sincronizare, codificarea Manchester este eficientă numai cu 50%. De exemplu, pentru a obține o rată a datelor de 10 Mbps, este necesară o lățime de bandă de 20 MHz.

O altă versiune, denumită codificare diferențială Manchester, este cod binar zero prin tranziția de tensiune la începutul intervalului de biți și codul binar al unității fără o tranziție la începutul intervalului de biți. În ambele cazuri, tranziția are loc în mijlocul intervalului pentru scopuri de sincronizare. Codificarea diferențială Manchester este utilizată pentru rețelele Token Ring IEEE 802.5.