Инфракрасный интерфейс.

Инфракрасный интерфейс.

Устройство инфракрасного интерфейса (рис. 1) подразделяется на два основных блока: преобразователь (модули приемника-детектора и диода с управляющей электроникой) и кодер-декодер. Блоки обмениваются данными по электрическому интерфейсу, в котором они в том же виде транслируются через оптическое соединение, за исключением того, что здесь информация пакуется в кадры простого формата – данные передаются 10-битными символами, с 8 битами данных, одним старт-битом в начале и одним стоп-битом в конце кадра. Связь в IrDA полудуплексная, так как передаваемый ИК-луч неизбежно засвечивает соседний PIN-диодный усилитель приемника. Пространственный промежуток между устройствами позволяет принять ИК-энергию только от одного источника в данный момент.

Рис. 1. Интерфейс IrDA

Для ИК-излучения cуществует два источника интерференции (помех), основным из которых является солнечный свет, но, к счастью, в нем преобладает постоянная составляющая. Правильно спроектированные приемники должны компенсировать большие постоянные токи через PIN-диод. Другой источник помех – флуорисцентные лампы, часто применяемые для освещения. Хорошо спроектированные приемники имеют полосовой фильтр для снижения влияния таких источников помех. Вероятность ошибок связи будет зависеть от правильного выбора мощности передатчика и чувствительности приемника. В IrDA выбраны значения, гарантирующие, что описанные выше помехи не будут влиять на качество связи.

Инфракрасные устройства должны быть сконфигурированы как ведущее и ведомое. Прежде чем начнется обмен данными, должен пройти процесс идентификации всей доступной устройству-лидеру периферии (enumeration), для чего предназначен специальный формат пакета, называемый "окликом" (hail). После идентификации устройства и регистрации сведений о его максимально возможном времени опроса оно включается в общий цикл Host-опроса. В зависимости от его дальнейшей активности частота обращений может быть повышена или понижена.

Устройства, соответствующие стандарту IrDA, перед началом передачи должны в первую очередь попытался выявить (прочитать), нет ли в ближайшей окрестности активности в ИК-диапазоне, установить, не ведется ли какая-либо передача в пределах его досягаемости. Если такая активность обнаружена, то программе, выдающей запрос, посылается соответствующее сообщение, а сам блок откладывает передачу. Поскольку оба соединяющихся устройства могут быть компьютерами (а не компьютер и принтер, или клавиатура, мышь), то любое из них может быть ведущим. Выбор зависит от того, какое устройство первым проявит инициативу.

Каждое устройство имеет 32-битный адрес, вырабатываемый случайным образом при установлении соединения. Каждому кадру в пределах соединения ведущее устройство при старте присваивает 7-битный адрес соединения. Для возможных, но нежелательных случаев, когда два устройства имеют одинаковый адрес, предусмотрен такой механизм, когда ведущее устройство дает команду всем подчиненным устройствам изменить их адреса. В процессе установления связи два устройства договариваются о максимальной скорости, с которой они оба могут работать. Все первичные передачи, выполняемые до фазы переговоров, по умолчанию ведутся на скорости 9.6 Kbps. Применение излучателей и приемников инфракрасного (ИК) диапазона позволяет осуществлять беспроводную связь между парой устройств, удаленных на рассто­яние до нескольких метров. Инфракрасная связь без­опасна для здоровья, не создает помех в радиочастотном диапазоне и обеспечива­ет конфиденциальность передачи. Так как ИК-лучи не проходят через стены, поэтому зона приема ограничивается небольшим, легко контролируемым пространством. ИК оптоэлектронные системы создаются из отдельных элементов. Основными оптоэлектронными элементами являются:

  - источники некогерентного оптического излучения (светоизлучающий диод);

  - активные и пассивные оптические среды;

  - приемники оптического излучения (фотодиод);

  - оптические элементы (линза).

Как видно из обобщенной структурной схемы оптоэлектронного прибора (ОЭП), приведенной на рис. 2, наряду с фо­топриемниками и излучателями важным компонентом ОЭП яв­ляются входные и выходные согласующие электрические схемы, предназначенные для формирования и обработки оптического сигнала. Особенностью этих достаточно сложных, в основном интегральных, схем (рис. 3) является компенсация потерь энергии при преобразованиях «электричество - свет» и «свет - электри­чество», а также обеспечение высокой стабильности и устой­чивости работы ОЭП при воздействии внешних факторов.

Рис. 2. Пример структурной схемы оптоэлектронного прибора

Рис. 3. Блок схема приемопередатчика

Высокая пропускная способность оптического канала обеспечивается частотой колебаний на три-пять порядков выше, чем  в осво­енном радиотехническом диапазоне. Это значит, что во столько же раз возрастает и пропускная способность оптического ка­нала передачи информации. Идеальная электрическая развязка входа и выхода, так как в качестве носителя информации ис­пользуются электрически нейтральные фотоны, что обусловливает бесконтактность оптиче­ской связи. Отсюда следуют:

-        идеальная электрическая развязка входа и выхода;

-        однонаправленность потока информации и отсутствие, обратной реакции приемника на источник;

-        помехо­защищенность оптических каналов связи;

-        скрытность передачи информации по оптическому каналу связи.

В качестве недостатков можно выделить следующие особенности ОЭП.  Малый коэффициент полезного действия преобразований, который в лучших современных приборах (лазеры, светодиоды, p-i-n фо­тодиоды), как правило, не превышает 10...20%. Поэтому, если в устройстве осуществляются такие преобразования лишь два­жды (на входе и на выходе), как, например, в оптопарах или волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС), то общий КПД падает до единиц процентов. Введение каждого дополнитель­ного акта преобразования информационных сигналов из одной формы в другую ведет к уменьшению КПД еще на порядок или более. Малое значение КПД вызывает рост энергопотребления, что недопустимо из-за ограниченных возможностей источников питания; затрудняет миниатюризацию, поскольку практически не удается отвести выделяющуюся теплоту; снижает эффек­тивность и надежность большинства оптоэлекронных приборов. Наличие разнородных материалов, применяемых в оптоэлектронных приборах и системах, обусловливает: малый об­щий КПД устройства из-за поглощений излучения в пассивных областях структур, отражения и рассеяния на оптических гра­ницах; снижение надежности из-за различия температурных коэффициентов расширения материалов, разъюстировки при механических воздействиях, сложность общей герметизации устройства; технологическую сложность и высокую стоимость.