Модем не будильник, да и электроны не шестеренки. Работает он надежнее, хотя ронять его тоже не рекомендуется. Но если что случится, то проще новый купить, чем найти сгоревший chip. Так почти все и поступают.
На рис. 2. представлена типовая блок-схема внешнего модема
Рассмотрим необходимость каждого из узлов, приведем требования к его реализации и популярные схемотехнические решения.
1. Интерфейс с телефонной линией (DirectA ccess Arrangement - DAA) В ГОСТах регламентируется «Стык 1 ТЧ». В США модемы проверяются на соответствие FCC Part 65, Part 15, в Великобритании соответствующий стандарт - ВS6305... Телефонные компании всего мира жестко регламентируют требования к оборудованию, подключаемому к каналам.
Обеспечение физического соединения, защита от перенапряжения и радиопомех, набор номера и фиксация телефонных звонков, гальваническая развязка и согласование импеданса - вот далеко не полный перечень функций, поддерживаемых схемой DАА. Перечисленные функции обеспечиваются следующим образом.
Номер контакта | RJ11 | RJ12,RJ1З | RJ45 | Номер контакта | JМ8 |
hhrd.ru | |||||
1 | - | - | - | 1 | Ring transnit |
2 | - | А | Tip receive | 2 | Tip transmit |
3 | Tip | Tip | Ring transmit | 3 | - |
4 | Ring | Ring | Tip transmit | 4 | - |
5 | - | А1 | Ring receive | 5 | - |
6 | - | - | - | 6 | - |
7 | Tip receive | ||||
8 | Ring receive |
Сами трансформаторы, беспрерывно совершенствуясь, претерпели две волны моды. Сначала использовались обычные - с емкостной развязкой по переменному току. Затем были разработаны модели, не ухудшающие параметров при значительных постоянных токах подмагничивания. При переходе к высоким скоростям все вернулось в начало...
7 Согласование импеданса. Входное и выходное сопротивление модема переменному току (300...3400 Гц) должно быть 600 Ом ±15%. Качественный трансформатор и точный нагрузочный резистор тому залог. Для уменьшения зависимости импеданса от частоты устанавливают дополнительную емкость параллельно вторичной обмотке трансформатора.
2. Дифференциальная система (HYBRID). Цель дифференциальной системы - переход от двухпроводной линии к четырехпроводной схеме аналогового окончания модема. Узел компенсирует проникновение выходного сигнала во входной (ближнее эхо), что повышает реальную чувствительность.
Известно несколько типов "пассивных" реализации:
- трансформаторная, при которой вторичная обмотка трансформатора, имеет среднюю точку, подключаемую через балластный резистор к земле;
- электронные, для схем с однополярным и двухполярным питанием; в этом случае выходной сигнал вычитается из входного на операционном усилителе, а частотная зависимость минимизируется использованием форсирующего каскада.
Больным местом этих схем является зависимость от сопротивления конкретной телефонной линии. Несколько типов модемов имеют аппаратную подстройку, но до конца справиться с зависимостью сопротивления от частоты в пассивных системах не удается.
Активная дифференциальная система используется в дорогих моделях. Необходимый для компенсации сигнал постоянно вычисляется сигнальным процессором. Сформированный дополнительным ЦАП и сглаженный фильтром, он вычитается из входного сигнала, обеспечивая высокое качество компенсации.
3. Аналоговый фронт (Analog Front End - AFE). Гальванически изолированный от внешнего трансформатором и разделенный на входной и выходной дифференциальной системой сигнал попадает на «аналоговый фронт», где развертывается борьба за милливольты и децибелы.
Выходной сигнал формируется ЦАП. Для средних, скоростей передачи он обычно 10-разрядный, а высокоскоростных модемов - 14... 16-разрядный. Частота дискретизации данных от 7.2 до 9.6 кГц.
Сглаживающий фильтр, как правило, выполняется на базе интегральной технологии "переключающихся конденсаторов". Он обеспечивает затухание более 32 дБ на частотах свыше 4.6 кГц.
Входной сигнал поступает на полосовой фильтр. Для модемов, соответствующих V.22bis - это 900... 1500 Гц или 2100...2700 Гц. Для высокоскоростных полоса может достигать 300...4000 Гц (V.34). "Облагороженный" сигнал усиливается программно управляемой схемой АРУ и измеряется АЦП. Частота дискретизации и разрядность АЦП примерно соответствуют ЦАП.
4. Сигнальный процессор (Digital Signal Processor - DSP) Давно закончились времена, когда "единички" и "нолики" выделялись из помех с помощью аппаратных компараторов. Скорость передачи и ее качество сейчас определяются вычислительными ресурсами, задействованными для обработки сигнала. Их усредненные значения приведены в таблице 2.
Рекомендация ITU-T скорость передачи б/с | V.22bis 2400 | V.32bis 14400 | V.34 28800 (33600) |
hhrd.ru | |||
разрядность, бит | 16 | 16 | 16 |
Быстродействие, МIРS | 5 | 20 | 30 (35-40) |
ресурс ПЗУ/ОЗУ, Кбит*разр. | 2*16/0.124*16 | 8*16 | 32*16 |
пример DSP | ТМS320С10 | АDSР2115 | DSP1633F |
ПЗУ DSP выполняется или по масочной технологии на кристалле процессора, или в виде микросхем ОЗУ, в которые программа загружается из ПЗУ контроллера. ОЗУ данных реализуется на процессоре или совмещается с ОЗУ команд.
5. Контроллер (Modem Controller -MC) Поддержка интерфейса с компьютером, управление DSP, реализация протоколов коррекции ошибок и сжатия информации, управление пользовательским интерфейсом и взаимодействие с энергонезависимой памятью - вот неполный перечень функций контроллера.
Усредненные значения необходимых ресурсов приведены в таблице 3. Поддержка идеологии "upgrade" привела к постепенному сосредоточению хранения «firmware» DSP и контроллера в одной микросхеме с возможностью ее замены.
рекомендация IТU-T скорость передачи б/с | V.22bis 2400 | V.32bis 14400 | V.34 28800 (33600) |
hhrd.ru | |||
разрядность, бит | 8 | 8 | 8 (9) |
быстродействие, МIРS | 1 | 4 | 8 |
ресурс ПЗУ, Кбит*разр. | 32*8 | 256*8 | 256*8 |
ресурс ОЗУ, Кбит*разр. | 32*8 | 32*8 | 32*8 |
ресурс ЕЕРROМ, Кбит*разр. | 1 * 1 | 4* 1 | 4* 1 |
пример контроллера | i80С51 | 68000 | АТ-Т С882 |
6. Интерфейс с компьютером (Data Interface - DI) Внешние модемы взаимодействуют с компьютером по цепям интерфейса RS-232С / V.24. Полный набор цепей позволяет работать как в асинхронном, так и в синхронном режимах. Микросхемы преобразователей уровня 1488,1489 обеспечивают сопряжение биполярной логики интерфейса с внутренними ТТЛ уровнями.
Внутренние изделия могут работать только в асинхронном режиме, т.к. в их состав входит микросхема асинхронного СОМ порта - UART (16С450 или 16С550, имеющая встроенный буфер приема). Есть реализации, в которых порт эмулируется контроллером. Достаточно буфера и дешифратора для подключения UART к общей шине компьютера. Джамперы позволяют настроить номер СОМ порта (СОМ1...СОМ4) со стандартным или расширенным номером прерывания.
Звук (SPEAKER). Встроенный в модем динамик озвучивает процессы происходящие в телефонном канале. В хороших моделях используются магнитоэлектрические динамики с линейной полосой воспроизведения, в более дешевых - пьезоэлектрические. Для удобства пользователя громкость звука можно регулировать (узел volume). Наиболее часто узел звука строится по схеме:
Панель индикации (INDICATOR). Внутренние модемы не имеют панелей индикации. Во внешних чаще всего используются светодиоды (LED). В относительно дорогих устройствах применяют символьные двухстрочные жидко-кристаллические индикаторы (LCD). Используя панель управления можно отобразить состояние модема, характеристики физической линии, вывести меню для программирования режимов. Использование стандартных (HD44780A00- совместимых) индикаторов не сильно увеличивает себестоимость, но позволяет производителю ощутимо поднять цену.
Панель управления (CONTROL KEY). В большинстве модемов панель сводится к набору джамперов и переключателей (SW), как недоступных без разборки изделия, так и имеющих специальные «окошки», «крышечки», обеспечивающие «защиту от дурака».
В изделиях с LCD кнопочная панель (KEY) сосредоточивает все функции по управлению режимами работы.
Питание (POWER). Встроенные модемы запитываются от компьютера напряжениями ±5 В и лишь в отдельных случаях используют ± 12В.
Внешние модемы массового производства используют внешние адаптеры, преобразующие напряжение первичного питания 220 В во вторичное напряжение 9..12 В. Встроенный стабилизатор формирует:
- основное питание +5 В; обычно использовалось гашение напряжения из +12 В на линейном стабилизаторе, сейчас внедряются импульсные стабилизаторы;
- -5 В для аналоговых цепей;
- ±12 В для интерфейса RS-232С.
В старых разработках применялись однополупериодные схемы выпрямления для получения положительного и отрицательного напряжения. В новых используются двухполупериодные, а отрицательное напряжение формируется за счет разделительных емкостей.
Производители. Обзор архитектуры модемов будет не полным, если не коснуться вопроса их производителей. Все фирмы можно условно разделить на три группы.
Приведем лишь несколько крупных фирм производителей: АМТ International Industries Inc., Archtec America Corp., AT-T Paradyne, Cardinal Technologies Inc., Hayes Microcomputer Products Inc., Microcom Inc., Multi Tech Systems, Zoom Telephonics Inc.