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、ARM等deng的de並bing口kou,這zhe些xie速su度du相xiang對dui於yu串chuan口kou來lai說shuo,要yao快kuai很hen多duo,但dan線xian也ye多duo很hen多duo,可ke以yi理li解jie簡jian單dan的de理li解jie為wei是shi多duo路lu串chuan口kou的de並bing聯lian。也ye就jiu是shi說shuo,並bing口kou就jiu是shi各ge路lu串chuan口kou同tong時shi發fa數shu據ju而er已yi。
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、電(dian)壓(ya),所(suo)以(yi)以(yi)上(shang)的(de)討(tao)論(lun)都(dou)是(shi)基(ji)於(yu)常(chang)規(gui)的(de)電(dian)路(lu)回(hui)路(lu)來(lai)討(tao)論(lun)的(de),信(xin)號(hao)的(de)載(zai)體(ti)介(jie)質(zhi)比(bi)較(jiao)隨(sui)便(bian),隻(zhi)要(yao)能(neng)成(cheng)回(hui)路(lu)即(ji)可(ke)。大(da)家(jia)都(dou)知(zhi)道(dao),常(chang)規(gui)的(de)電(dian)路(lu)是(shi)電(dian)磁(ci)場(chang)理(li)論(lun)在(zai)低(di)速(su)下(xia)的(de)一(yi)種(zhong)近(jin)似(si),是(shi)電(dian)磁(ci)場(chang)傳(chuan)播(bo)多(duo)次(ci)折(zhe)疊(die)反(fan)射(she)之(zhi)後(hou)的(de)穩(wen)態(tai)。當(dang)信(xin)號(hao)頻(pin)率(lv)更(geng)高(gao)的(de)時(shi)候(hou),這(zhe)種(zhong)折(zhe)疊(die)反(fan)射(she)就(jiu)會(hui)導(dao)致(zhi)信(xin)號(hao)的(de)清(qing)晰(xi)度(du)下(xia)降(jiang),也(ye)就(jiu)是(shi)大(da)家(jia)所(suo)說(shuo)的(de)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)下(xia)降(jiang),方(fang)波(bo)變(bian)成(cheng)了(le)正(zheng)弦(xian)波(bo)而(er)導(dao)致(zhi)無(wu)法(fa)識(shi)別(bie)。所(suo)以(yi)要(yao)想(xiang)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)通(tong)訊(xun)速(su)度(du),必(bi)須(xu)要(yao)改(gai)變(bian)傳(chuan)輸(shu)的(de)載(zai)體(ti),從(cong)電(dian)場(chang)轉(zhuan)變(bian)為(wei)電(dian)磁(ci)場(chang),所(suo)以(yi)傳(chuan)輸(shu)介(jie)質(zhi)改(gai)成(cheng)了(le)專(zhuan)用(yong)的(de)傳(chuan)輸(shu)線(xian),如(ru)微(wei)帶(dai)線(xian)、同軸線等,對傳輸線的整個阻抗均勻等都有要求。
youxiepengyouyixiangdaogaosuchuanshu,jiuxiangzhechafenxinhao,danlijieshangzhishiduiwaijiedekangganraonengli,tameiyoujiejuexinhaonengliangchuanshuguochengzhongzijidejixing,zhiyaodangchafenxinhaojinyibuyueshumanzudiancichangzukangyaoqiudeshihou,cainengjinyibudejiejuezishendexinhaojixingwenti,suoyizhegeshihoudanchundelijiechafen,zhinengshuoduileyibufen,bingqiegaokekaodexinhaochuanshu,henduodoushiyongtongzhouxian、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。
本ben文wen強qiang調tiao的de,想xiang解jie釋shi的de是shi,為wei什shen麼me常chang規gui的de串chuan口kou發fa展zhan到dao並bing口kou又you回hui到dao高gao速su串chuan口kou去qu了le,並bing且qie強qiang調tiao了le以yi前qian的de串chuan口kou跟gen現xian在zai的de串chuan口kou的de理li論lun基ji礎chu是shi不bu同tong的de,傳chuan輸shu介jie質zhi也ye是shi不bu同tong的de,比bi如ru以yi前qian的de串chuan口kou,隨sui便bian一yi、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。
ruodajiahaibunenglijie,keyiqusikaozhemeyigewenti,najiushiweishenmeyuanjulichuanshudeguangxian,yibanyaoqiushidanmoguangxianerbunengshiduomoguangxian,yinweiduomoguangxianxia,guangjinlaihouchuxianduozhongleixingdemoshichuanshu,ergegeleixingdesulvdengtexinghuiyoubutong,leisisesan,daozhiguangdeqingxidumohuerwufashibie,suoyiyaoqiudanyimoshide,cainengchangjulichuanshu。
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)。
當(dang)然(ran)電(dian)磁(ci)場(chang)是(shi)比(bi)較(jiao)複(fu)雜(za)的(de),也(ye)非(fei)我(wo)簡(jian)單(dan)的(de)描(miao)述(shu)幾(ji)句(ju)就(jiu)能(neng)講(jiang)解(jie)清(qing)楚(chu)的(de)。後(hou)續(xu)的(de)文(wen)章(zhang)中(zhong),我(wo)打(da)算(suan)專(zhuan)門(men)寫(xie)一(yi)些(xie)通(tong)俗(su)易(yi)懂(dong)的(de)關(guan)於(yu)電(dian)磁(ci)場(chang)的(de)文(wen)章(zhang),但(dan)請(qing)大(da)家(jia)不(bu)要(yao)過(guo)於(yu)苛(ke)求(qiu),尤(you)其(qi)是(shi)嚴(yan)謹(jin)性(xing)方(fang)麵(mian)。
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