1引言
并行接口又稱為"并口" target="_blank">并口",，是一種增強型雙向并行傳輸接口,。"并口"是指8位數(shù)據(jù)同時通過并行線傳輸。這樣數(shù)據(jù)傳輸速度大大提高，但并行傳輸線路長度受到限制,。"長線"是相對于數(shù)據(jù)的傳輸速度而言的,。例如，數(shù)據(jù)傳輸速率為9 600 b／s時,，20 m的電纜" target="_blank">電纜即可認為是長線,。增加傳輸線的長度，干擾增加,，就容易出錯,，使信號無法遠距離傳輸。
針對某大型光電" target="_blank">光電項目中并行數(shù)據(jù)接口問題提出改進方法,。由于系統(tǒng)所用線纜較多,，信號在長線(約20 m～25 m)中傳輸時，不僅存在傳輸延遲,，而且會使信號畸變,，并引入有害干擾，導致系統(tǒng)無法正常工作,。
2原有設(shè)計方案及錯誤分析
原有并行數(shù)據(jù)接口部分設(shè)計方案原理框圖如圖1所示,。上位計算機控制并行接口器件8255A的A口傳輸數(shù)據(jù)，B口和C口分別作為地址端口和控制端口,。數(shù)據(jù)信號經(jīng)由74HC245驅(qū)動傳送至下位機,，數(shù)據(jù)信號進行雙向傳輸，對8255A的C口編程設(shè)置為數(shù)據(jù)74HC245的使能和傳輸方向選通信號,。地址信號和控制信號為單向傳輸,，同樣也采用74HC245作為驅(qū)動器。下位機經(jīng)由雙端口存儲器IDT7132與上位機通訊,，且IDT7132的片選,、使能、讀寫等信號也由8255A的C口編程設(shè)置,。
由圖1可知道,，兩邊設(shè)備的傳輸線路長度均為20 m，信號在長線傳輸中會出現(xiàn)嚴重衰變甚至發(fā)生畸變,。尤其是在多路信號同時驅(qū)動時,，高電平跳變嚴重，導致系統(tǒng)無法正常工作,。以下對其進行分析,。
2.1公共地線
發(fā)送與接收設(shè)備之間的地電位差對數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性有很大影響。該設(shè)計中,，收發(fā)設(shè)備間連接一條公共地線,。由于發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備使用各自的電源系統(tǒng),，兩者電位可能不一致，導致地線信號中有電流產(chǎn)生,。由于傳輸線存在電阻,，地線兩端產(chǎn)生壓降，即地電位差,。當發(fā)送設(shè)備向接收設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時,，接收設(shè)備得到的電壓信號與沒有地電位差時不同。當有用信號的電壓較小,，而地電位差較大時,，接收設(shè)備無法得到準確信號，數(shù)據(jù)傳輸將無法進行,。另一方面,，由于發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備間存在公共地線，因此各種干擾極易通過公共地線疊加在信號上,，特別是作業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾通過公共地線能容易導入接收設(shè)備,，影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性,。
2.2傳輸線效應
2.2.1最大匹配線長度理論
根據(jù)電路分析原理,，當導線長度接近于傳輸波長時，不能再視其為普通導線,，而應視為長線,，需用傳輸線理論分析。在接口技術(shù)中,，當總線長度和波長可比擬時,，必須把它視作長線，考慮作為傳輸線帶來的影響,，即傳輸線效應,。實驗證明：時鐘頻率為1 MHz～10 MHz時，單板內(nèi)的總線傳輸效應可忽略不計,，但板與板,、箱與箱之間的傳輸線效應必須考慮；當時鐘頻率為50 MHz～100 MHz時,，單板內(nèi)的總線設(shè)計必須考慮傳輸線效應,。
傳輸線定義為所有導體及其接地回路的總和。當傳輸線長度超過最大匹配線長度Lmax時,，稱為長線,。最大匹配線長度Lmax可由式(1)計算：
式中：tr是傳輸信號的前沿時間，單位為ns,；v為電磁波速度,，v=(1.4～2)×108m／s,；k為經(jīng)驗常數(shù)，一般取k=4～5,。
該方案中,，最大匹配長度遠遠小于20 m，這就導致線路阻抗與外接負載不匹配,，線路的阻抗使信號達不到規(guī)定的電壓幅值,。傳輸線效應引起信號延遲，傳輸線長度越長,，延遲時間也越長,。
2.2.2傳輸線電容分布
數(shù)據(jù)的傳輸實際上是信號的傳號和空號傳輸。而信號由空號變?yōu)閭魈柣蛴蓚魈栕優(yōu)榭仗枙r,，實際上是對傳輸線分布電容充電和放電過程,，而且充電的上升時間和放電的下降時間不同。當數(shù)據(jù)傳輸速度較高時,，原本等寬的傳號和空號,，變得不等，產(chǎn)生畸變,，從而引起數(shù)據(jù)接收錯誤,。
3解決途徑及改進措施
目前解決上述問題的途徑通常有以下兩種方案，實現(xiàn)長線傳輸,。
3.1采用RS-422標準接口電路方式
EIA(Electronic Inductries Association)提出RS-422標準,，有效消除了公共地線等影響。其特點是通過傳輸線驅(qū)動器將邏輯電平轉(zhuǎn)換為2 V～6 V的電壓信號,，經(jīng)長線傳輸,，再通過傳輸線接收器將電壓信號(最低為200 mV)轉(zhuǎn)換為邏輯電平，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收,。由于電壓信號獨立采用兩線傳輸,，不經(jīng)過公共地線，因此,，兩線對干擾信號應該是對稱的,。取兩線間的電壓差作為有用信號，可抵消干擾信號對有用信號的影響,，增強電路對干擾信號的抑制能力,。
3.2采用光電隔離電流環(huán)路接口方式
對傳輸線進行"隔離"、"浮地"處理是較好的方法,。采用光電隔離電路,，可省去數(shù)據(jù)交換的兩設(shè)備間的公共地線，使兩設(shè)備電氣隔離,。同時,，在電→光→電信號的轉(zhuǎn)換過程中,，就光電耦合器件而言，只要輸入端有電流,，輸出端就能輸出相應的數(shù)字信號,，因此，邏輯電平的信號傳遞變?yōu)楣潭娏鳝h(huán)中是否有電流傳遞,。適當增大電流(低阻傳輸),，使夾雜在信號中的電氣噪聲被完全限制在所選擇的開關(guān)電流幅值內(nèi)，即使相對弱小的干擾信號電流無法改變有用信號電流的存在與否,，可有效地抑制干擾,，提高信息傳輸?shù)目煽啃裕黾訑?shù)據(jù)的傳輸距離,。
本文采用第二種方案對并行數(shù)據(jù)接口部分進行改進,。在原有電路中引入光電隔離器TLP523-4。使兩邊設(shè)備電氣隔離,。TLP523-4是東芝公司的一款具有完整基極一發(fā)射極的性能優(yōu)良的固定延時光電耦合器件,，具有高轉(zhuǎn)換速率、高溫等特性,。該器件主要特性如下：電流轉(zhuǎn)換率：500％：隔離電壓：2500Vrms(min),；發(fā)射-接收電壓：55 V(min)；泄漏電流：10μA(max)(Ta=85℃),。
改進后的并行數(shù)據(jù)接口原理圖(接收部分)如圖2所示,。同理,，驅(qū)動電路中的74HC245由54LS-244替代,，并由74LS01和54LS04協(xié)助完成邏輯功能。發(fā)送設(shè)備部分也做同樣改進,。在原有設(shè)計電路中,，正是因為地線的交流阻抗特性，使得地線成了電路中最大的噪聲源,。造成地線干擾是由于地線中存在阻抗,，當電流流過地線時，產(chǎn)生電壓,，造成地線噪聲,。在地線噪聲的驅(qū)動下，產(chǎn)生地線環(huán)路電流,，形成地環(huán)路干擾,。由于發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備共用一段地線。因此會形成公共阻抗耦合,。采用光電隔離器TLP2523-4對發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備進行電氣隔離,，大大減小了交流阻抗,，從而增大傳輸電流，有效抑制地線噪聲,。同時由于采用了54LS244,，總線驅(qū)動能力得到了保障。傳輸中使用帶雙絞線結(jié)構(gòu)的扁平電纜,，這種電纜對靜電干擾和空間電磁干擾也能起到非常好的抑制作用,。
4 結(jié)束語
實驗證明，改進后的設(shè)計電路,，總線驅(qū)動能力增強,，干擾和畸變得到明顯改善。電氣隔離電纜兩側(cè)電路是抑制干擾的理想辦法,，明顯提高了傳輸?shù)臏蚀_性,。但因為光耦合器是單向傳輸器件，最終隔離的結(jié)果是全雙工信道,，而并行全雙工信道的長線傳輸方案因技術(shù),、器件、線路成本等因素而很少在工程上應用,。因此,，要求長距離數(shù)據(jù)通信或高數(shù)據(jù)傳輸速度時，基于電纜特性及上述傳輸方式的局限性,，需采用其他適合的數(shù)據(jù)通信方式,。