Manchester Kodlaması Nedir?

Manchester kodlaması, çoğu durumda kullanılan data modülasyonu hariç, binary data iletiminde özellikle analog, RF, optik, yüksek hızda dijital haberleşme ya da uzun menzilli dijital haberleşme gibi konularda kritik rol oynamaktadır.

A- A+

28.01.2017 tarihli yazı 22277 kez okunmuştur.

Kodlama Programlama Manchester Dijital İletişim Haberleşme

Manchester kodlaması, bir çok durumda kullanılan data modülasyonundan hariç, binary data iletiminde özellikle analog, RF, optik, yüksek hızda dijital haberleşme ya da uzun menzilli dijital haberleşme gibi konularda oldukça yardımcı olmaktadır. Dijital haberleşmenin analog haberleşmeyle karşılaştırıldığındaki karşı konulamaz avantajlarının yanı sıra bazı kısıtlamaları bulunmaktadır. İlk akla gelen senkronizasyon sorunudur. Alıcı, gelen örnek datanın zamanını net olarak bilmelidir. Bir diğer sorun ise DC bağlantı ihtiyacıdır. Dijital data, uzunca yazılmış ‘0’ ve ‘1’ dizileri içerebildiğinden bu bağlantının taşınabilmesi için voltajın uzunca bir süre aynı değerde kalması gerekir. Eğer bir AC bağlantısı kurarsak, bu sinyal DC-bloklayan kapasitör kullanacağı için, aşağıdaki resimde de göreceğimiz sorunlarla karşılaşabiliriz.

►İlginizi Çekebilir: VHDL Programlama Nedir?

Bu durumda düşük sinyaller gönderildiğinde çok fazla sorun olmayacaktır. Ancak 0 ve 1 lerimizin dizisi arttığında DC bağlantılı kapasitör, iletimi engelleyecektir. Dijital sinyal kapasitör tarafından engellenen sabit bir voltaja dönüşecektir. Manchester kodlaması bu iki kısıtlamaya güzel bir çözüm sunuyor. Bu, aslında iki güzel iş yapan basit bir dijital modülasyon şeması.

1) Sinyalin uzunca bir süre mantıksal olarak ne ‘0’ ne de ‘1’ de kalmasından emin olmak.
2) Data sinyalini, data senkronizasyon sinyaline dönüştürmek.

Ancak detaylara inmeden önce neden clock sinyaline senkronizasyon için bir seperatöreklemiyoruz? Neden AC bağlantısına ihtiyaç duyuyoruz? Bunların cevaplarını verelim.

CLOCK Sinyal Sorunu

Çoğu zaman ayrı bir clock sinyalini kullanmak alıcı ve verici arasındaki senkronizasyonu sağlamak için yararlı olur. Ancak sisteminizi küçültmeye veya minyatürleştirmeye çalıştığınızda bu çözüm pek te kullanılabilir bir hal almıyor. Diğer durumlarda ayrı bir clock sinyali kullanmak pek te hoş bir seçenek olarak çıkmıyor karşımıza. Örneğin, bir kablosuz kompleks sinyalin RF alıcı ve vericisine iki ayırıcı sinyal (biri data ve biri clock için) eklemek verimli olmayacaktır.

Eğer UART arayüzüne hakimseniz, zaman ayarlı sinyallerin harici bir clock sinyali yerine kullanılabileceğini de biliyorsunuz demektir. Ancak bu da bize yine bazı kısıtlamalar getirmektedir.

1) Zaman ayarlı sinyaller, gömülü clock frekans çeşitlerine, özellikle alıcı ve verici farklı çevrelerde olunca problem yaratmaktadır.
2) Zaman ayarlı sinyaller esneklikten yoksundur. Çünkü Tx ve Rx cihazlarının aynı veri hızı için önceden konfigüre edilmesi gerekir.
3) Alıcı genellikle veri hızından önemli ölçüde daha yüksek bir clock frekansı gerektirir. Bu da verilerin aktarılabileceği maksimum hıza kafa karıştırıcı kısıtlamalar getirebilir.

DC Sorunu

Özellikle yüksek voltaj içeren karmaşık sistemlerde, gönderilen bir sinyalin ortak-modlu voltajının, alıcının kabul edilebilir ortak-mod aralığı ile uyumlu olmasından emin olmak her zaman kolay değildir. Bu yüzden AC bağlantısı, ortak-modlu gerilimler ve arıza modları ile ilgili olan sorunları ve riskleri azaltmanın basit bir yoludur.

Manchester Çözümü

Manchester kodlamasının ardındaki temel düşünce, ‘1’ leri ve ‘0’ları göstermek için voltaj seviyeleri yerine voltaj geçişlerini kullanabiliriz.

►İlginizi Çekebilir: Sinyal İşleme Nedir?

Diyagramın üst tarafında, data sinyali ve clock sinyalinden oluşan bir standart dijital arayüz görmekteyiz. Alt tarafta ise aynı verinin Manchester kodlaması ile yapılmış hali çizilmiştir. Geçişlerin standart-data-sinyalinin ortasında nasıl meydana geldiğine dikkat edelim. Görebileceğimiz gibi, Manchester geçişi, verileri örneklemek için kullanılacak clock kenarı ile hizalıdır. Ayrıca bir yüksek-lojik biti daima yüksekten düşüğe doğru bir geçişe ve bir düşük-lojik biti de daima düşükten yükseğe doğru olan geçişe karşılık geldiğini de görebiliriz.

AC bağlantı probleminin çözüldüğünü burada açıkça görebiliriz. Her bit bir geçiş gerektirir ve bu nedenle data sinyali asla uzun süre boyunca düşük yahut yüksek lojikte kalmaz. Bir sonraki diyagramda standart bir binary 111111 dijital sinyali ile Manchester metoduyla kodlanmış sinyali bunun kanıtı olarak görebiliriz.

Senkronizasyon sorunu AC problemine göre daha basit, çünkü clock sinyalinin çıkarılmasına hala ihtiyaç duyulmaktadır. Yine de geçişlerin düzenliliğinin, veri sinyalini ne zaman örneklemesi gerektiği konusunda bilgi sağladığını görebiliriz.

Manchester metoduyla kodlanmış olan bir sinyal her bitte bir geçişe ihtiyaç duyar bu da iki Manchester lojik evresinin bir tane standart lojik evresine iletim sağlar. Böylece veriyi aynı oranda iletmek için iki kat fazla bant genişliğine sahip olmak gerekir.

Peki, neden daha yüksek frekanslı bir sinyal kullanmıyoruz. Bunun cevabı da şöyle verilebilir: Eğer sinyal bant genişliği, verilerin vericiden alıcıya ne kadar hızlı taşınabileceğinin sınırlayıcı faktörüyse ve eğer siz zaten maksimum veri hızındaysanız, sinyalin frekansını iki kat artıramazsınız. Bunun yerine, veri hızını iki kar düşürmeniz gerekmektedir.

Kaynak:

►allaboutcircuits