通信電路接口技術(shù)的常見問題探討

郭麗萍，竇榮光

（66471部隊(duì)，內(nèi)蒙古呼和浩特010051）

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，我國通信事業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出日新月異的變化。通信電路中接口技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)也在不斷發(fā)展與創(chuàng)新，目的都是為了信息和數(shù)據(jù)更好傳輸。只有充分了解通信接口的種類及其相關(guān)問題，發(fā)現(xiàn)問題所在，才能更好采取解決措施。

1 通信電路接口常見技術(shù)分類標(biāo)準(zhǔn)和特點(diǎn)

眾所周知，數(shù)字信息在傳輸過程中會(huì)受到眾多因素的影響和干擾，如隨著距離的增加和信號(hào)傳輸速率的提高，在傳輸線上會(huì)產(chǎn)生反射、串線、信號(hào)衰減及噪音等干擾因子。這些干擾因子最終會(huì)引起信號(hào)的亂碼或者改變，使得信號(hào)傳輸在距離上受到明顯的限制。普通電路由于自身電阻小、靈敏度差、抗干擾能力低等特點(diǎn)，信號(hào)傳輸距離有限，借助接口電路以后用，就可以進(jìn)行長(zhǎng)距離的有效數(shù)字信號(hào)傳輸。

通信電路接口（Interface）按照電氣標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議進(jìn)行區(qū)分，包含RS-232、RS-422、RS-485、Modem和USB等［1］。RS-232、RS-422與RS-485都是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，其中RS-422在RS-232的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，彌補(bǔ)了RS-232通信距離短、速率低的缺陷，將傳輸速率提高到10 Mbit／s，傳輸距離延長(zhǎng)到4500英尺，具有單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收、單向、平衡通訊的特點(diǎn)。隨著技術(shù)發(fā)展要求不斷提高，1983年在RS-422的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，推出了RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)，允許多個(gè)發(fā)送器連接在同一條總線上，形成多點(diǎn)和雙向通信的功能，并且增強(qiáng)了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力以及沖突保護(hù)特性，極大擴(kuò)展了接口應(yīng)用范圍。Modem主要是配合串行接口實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換，從而滿足用戶利用電話或者電力線進(jìn)行遠(yuǎn)程通信的要求。而USB是最近幾年才發(fā)展起來的新型接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，主要用于高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。

2 通信接口技術(shù)常見問題種類

2.1 接口接觸不良

通信設(shè)備接口處出現(xiàn)接觸不良是常見的問題，主要是由于連接器插接口不夠牢固，或者受到外界牽扯或振動(dòng)等影響因素，導(dǎo)致通信電路接口信號(hào)斷開，電路無法正常工作。生活中具體表現(xiàn)為信號(hào)斷斷續(xù)續(xù)，時(shí)而有時(shí)而無，甚至信號(hào)完全中斷，當(dāng)輕拍電路設(shè)備或者晃動(dòng)電路電纜線時(shí)，信號(hào)就會(huì)發(fā)生一些變化。對(duì)于此種現(xiàn)象，通常只要重新插接電路接口線，或者更換相應(yīng)的電路連接器或者水晶接口，接觸不良的故障就會(huì)得到解決。

2.2 電子系統(tǒng)接地問題

電子系統(tǒng)接問題非常重要，處理不當(dāng)往往會(huì)導(dǎo)致電子系統(tǒng)無法正常工作甚至造成整個(gè)系統(tǒng)崩潰。以通信電路接口RS-422與RS-485為例，多數(shù)情況下，連接其通信鏈路時(shí)只是簡(jiǎn)單的把接口的各個(gè)“A”和“B”端連接起來，而忽略了返回通道-信號(hào)地的連接，雖然該連接方法在大部分場(chǎng)合非常奏效，但是卻埋下了很大的隱患，具體表現(xiàn)在共模干擾問題和EMI問題［2］。由于人們對(duì)收發(fā)器共模電壓范圍的忽視，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超過收發(fā)器的電壓范圍，就會(huì)對(duì)通信的穩(wěn)定與可靠性產(chǎn)生影響，甚至損壞接口。當(dāng)發(fā)送驅(qū)動(dòng)器發(fā)出信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)中的共模部分如果沒有一個(gè)低阻的返回通道，即信號(hào)地，信號(hào)就會(huì)以輻射的形式返回信號(hào)源端口，此時(shí)的總線猶如一個(gè)巨大的天線向外輻射電磁波，嚴(yán)重影響信息數(shù)字的有效傳輸。

2.3 電纜接口連接錯(cuò)誤

假如電路接口原來是處于正常的工作狀態(tài)，當(dāng)更換了新的電纜以后，通信電路設(shè)備就產(chǎn)生無法工作的狀態(tài)，此時(shí)就應(yīng)該檢查通信電路接口的電纜線連接是否正確。譬如生活中經(jīng)常會(huì)碰到網(wǎng)線遷移的問題，當(dāng)把網(wǎng)線從一個(gè)地方遷移到另外一個(gè)地方時(shí)，如果遷入后所在地電纜接口連接發(fā)生錯(cuò)誤的話，往往就會(huì)造成通信電路連接設(shè)備無法正常工作。

2.4 傳輸線終端匹配問題

理論上，當(dāng)信號(hào)傳輸距離短，傳輸速率低的情況下，可以不用考慮終接電阻的匹配，然而在實(shí)際操作過程中卻是非常難把握的。終端匹配一般采用終接電阻的方法，就RS-422與RS-485接口來說，總線網(wǎng)路通常都要使用終接電阻進(jìn)行匹配，前者在總線電纜的遠(yuǎn)端連接電阻，后者在總線電纜的開始和末端都要并接終接電阻。終接電阻大小一般為100Ω～120Ω。終接電阻的匹配在很大程度上提高了通信電路線路數(shù)據(jù)傳輸過程中的可靠性、有效性和抗干擾性，保證了通信電路的正常通信。

3 通信接口技術(shù)常見問題的解決對(duì)策

3.1 接地問題技術(shù)處理

通過前面已經(jīng)講述的接地問題知道，由于共模干擾問題的存在，要保證信息的有效傳輸，就必須處理好系統(tǒng)接地問題。面對(duì)不同內(nèi)阻大小的共模干擾源，通過三種措施予以解決：（1）當(dāng)共模干擾源內(nèi)阻較大時(shí)，就在接地線上增加限流電阻，從而起到干擾電流大小的作用。由于增加接地電阻會(huì)使共模電壓升高，所以接地電阻的大小要把控好，以免因?yàn)殡妷荷叨绊懲ㄐ耪＿\(yùn)轉(zhuǎn)。（2）當(dāng)共模干擾源內(nèi)阻很小時(shí)，就對(duì)引入的干擾設(shè)備采用浮地技術(shù)，從而隔斷接地環(huán)路，使區(qū)域內(nèi)無法形成較大的環(huán)路電流。（3）對(duì)于某些設(shè)備在使用過程中必須與機(jī)殼或者地面相連時(shí)，無法采用浮地技術(shù)，此時(shí)就可以引入間隔接口對(duì)接地回路加以隔斷，當(dāng)然，隔離一側(cè)的公共端必須通過一根地線與其他接口的地面相連。

3.2 光電器件的接口技術(shù)處理

數(shù)據(jù)傳輸過程涉及不同格式的相互轉(zhuǎn)換，為保證數(shù)據(jù)信息符號(hào)在傳輸過程中不出現(xiàn)畸變現(xiàn)象，對(duì)于高速數(shù)據(jù)傳輸，建議采用新型的USB接口技術(shù)。USB接口技術(shù)具有傳輸速率高、數(shù)據(jù)可靠、支持熱插拔，同時(shí)還可以為設(shè)備充電等多個(gè)特點(diǎn)［3］。標(biāo)準(zhǔn)USB接口傳輸速率為12 Mbit／s，最新的USB2.0支持的最高速率達(dá)到480 Mbit／s。同串行端口相比，USB傳輸速率要快到近1 000倍；同并行端口比較，USB傳輸速率快1／2。同時(shí)，USB在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中還具有糾錯(cuò)功能，有效提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴ＶС譄岵灏蔚奶攸c(diǎn)，使得設(shè)備在開機(jī)的情況下，都可以安全的連接與斷開，即插即用，靈活性大。

一般的數(shù)據(jù)傳輸可以分別或者同時(shí)采用RS-485和Modem接口技術(shù)。RS-485在標(biāo)準(zhǔn)波特率情況下最遠(yuǎn)傳輸距離為15 km，借助Modem的情況下，就可以實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的信息傳輸。

3.3 控制板接口技術(shù)處理

通信電路系統(tǒng)強(qiáng)大功能的發(fā)揮，要依賴于復(fù)雜的控制板。要實(shí)現(xiàn)控制板中涉及的多功能信息轉(zhuǎn)化，就需要借助強(qiáng)有力的運(yùn)行軟件。然而通信電路系統(tǒng)控制板處理器的接口和數(shù)據(jù)通道的接口存在很大的不同，數(shù)據(jù)通道處理器的接口主要用于兩個(gè)器件之間的數(shù)據(jù)傳輸，而控制板的接口則是與一個(gè)或者多個(gè)處理器相連，且每一個(gè)處理器都具有不同的元件。所以，要想實(shí)現(xiàn)控制板的連接，就需要很多類型完全不同的接口，并且這些接口還必須圍繞總線來構(gòu)建。隨著數(shù)據(jù)板的帶寬增加，控制板的帶寬也要隨之增加，只有這樣才能提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩瑴p少交換噪音和功率損耗。

3.4 交換接口技術(shù)處理

所謂數(shù)據(jù)交換接口就是在異步轉(zhuǎn)移模式中傳送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)終端設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)所提供的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)單元之間的接口。為實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)信息的有效交換，數(shù)據(jù)交換接口在設(shè)計(jì)過程中必須滿足以下指標(biāo)要求：

（1）必須實(shí)現(xiàn)國際電子電工協(xié)會(huì)（DNP）和計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡的物理地址（MAC）層面設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。同時(shí)高速數(shù)據(jù)交換接口需要支持對(duì)端口的就緒狀態(tài)進(jìn)行輪詢的機(jī)制，支持全功和半全功數(shù)據(jù)總線，時(shí)鐘頻率達(dá)到200 MHz，數(shù)據(jù)吞吐量達(dá)到2.5 Gbit／s。

（2）高速數(shù)據(jù)交換接口需要同時(shí)支持微處理引擎對(duì)發(fā)送緩存和接受緩存進(jìn)行讀取、訪問和處理的通道，只有這樣，對(duì)不需要修改的數(shù)據(jù)包直接通過存儲(chǔ)器直接訪問（DMA）的方式存儲(chǔ)到同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（sdram）中，提高處理器的效率［4］。

（3）交換接口的設(shè)計(jì)必須建立在網(wǎng)絡(luò)處理器并行流水線結(jié)構(gòu)上，以滿足多個(gè)線程向交換接口發(fā)出轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的指令。

（4）交換接口必須解決異步時(shí)鐘域同步問題，使得DNP和MAC即使在不同的頻率下工作，也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的平移和緩存。

4 結(jié)束語

本文為探討通信電路接口技術(shù)的常見問題，分別從三個(gè)方面進(jìn)行闡述，首先介紹了通信接口技術(shù)常見的技術(shù)分類標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)特點(diǎn)，以便讀者了解接口技術(shù)的分類和相關(guān)應(yīng)用。然后對(duì)接口技術(shù)中常見的問題進(jìn)行了相關(guān)敘述，最后就接口技術(shù)的相關(guān)問題提出解決方案。

［1］劉 雙.通信電路接口技術(shù)的常見問題探討［J］.長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，（05）：191-192.

［2］楊志敏.通信設(shè)備與繼電保護(hù)裝置2M光接口調(diào)試常見問題排障［J］.中國新通信，2014，（01）：113-114.

［3］余廣明.基于片上多核系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)交換接口的關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.西安：西安電子科技大學(xué)，2013.