Питание от шины

Подробности

Родительская категория: Шина IEEE 1394 — FireWire

Категория: Физический уровень шины IEEE 1394

Для питания узлов постоянным током в кабелях IEEE 1394 предусмотрена отдельная пара проводов — VG (общий провод, GND) и VP (положительный полюс питания) с напряжением 8–40 В при токе до 1,5 А. В 1394a диапазон напряжений сужен до 8–33 В. Узлы могут быть источниками, потребителями питания или не пользоваться питанием от шины; их отношение к питанию сообщается в поле pwr пакета самоидентификации. В узлах-повторителях линии питания всех портов объединены. Узлы-источники питания подают напряжения на линию питания через ограничитель тока и диод, так что мощность, подаваемая от нескольких узлов, суммируется. При подключении узел сначала может потреблять от шины не более 1 Вт (1394a — 3 Вт), при этом обязательно должен быть включен уровень PHY. Уровни LINK и выше, как и прикладная часть устройства, могут потреблять дополнительную мощность, заявленную в поле pwr. Однако эти уровни будут включаться только по команде от диспетчера шины или диспетчера изохронных ресурсов. Каждый узел контролирует питание от шины: при напряжении выше 7,5 В он устанавливает бит PS (power status), сообщаемый в пакете самоидентификации. При падении уровня напряжения ниже 7,5 В физический уровень должен обнулить бит PS и уведомить об этом событии управляющее ПО.

Понятие классов питания (Power Class) относится к питанию узлов от кабельной шины IEEE 1394. Класс питания узла сообщается им в поле pwr пакета самоидентификации. В соответствии с классом питания возможны следующие конфигурации узла:

• узел с автономным питанием (Self-Power), для которого возможно несколько вариантов:
       -----однопортовый узел не питается от шины и не подает питание сам (pwr = 0);
       -----многопортовый узел не питается от шины, не транслирует питание с других портов и не подает питание сам (pwr = 0);
       -----многопортовый узел не питается от шины, но транслирует питание с других портов (pwr = 4);
• поставщик питания (Power Provider, pwr = 1, 2 или 3) — узел питается самостоятельно и подает на шину питание с указанием минимальной мощности;
• альтернативный поставщик питания (Alternate Power Provider, pwr = 4) — узел может питаться от шины, а также может поставлять питание;
• потребитель (Power Consumer, pwr = 5, 6 или 7) — узел (только однопортовый) питается от шины. До завершения конфигурирования мощность потребляет только PHY (не более 1 или 3 Вт). Верхние уровни (LINK и выше), требующие дополнительной мощности, узел включает только по команде от диспетчера.

Характеристики классов питания приведены в таблице. В 1394a и 1394b параметры потребления несколько отличаются от первоначальных определений 1394– 1995 и зарезервирован класс 5. Для класса 4 поставляемая мощность указывается в памяти конфигурации узла.

Таблица. Классы питания

Клас (pwr)	Поставляет, Вт	Потребляет, Вт (1394–1995)		Потребляет, Вт (1394a, b)
		PHY	LINK	PHY	LINK
0	0	0	0	0	0
1	15	0	0	0	0
2	30	0	0	0	0
3	45	0	0	0	0
4	01	1	0	3	0
5	0	1	2	Резерв	Резерв
6	0	1	5	3	3
7	0	1	9	3	7

{¹ Для класса 4 поставляемая мощность указывается в памяти конфигурации узла.}

---

 

Каждой конфигурации соответствует своя схема соединения линий питания портов, собственного PHY и внутреннего (батарейного или сетевого) источника питания. Обобщенная схема питания узла приведена на рисунке ниже, для каждой из вышеприведенных конфигураций на схеме будут отсутствовать те или иные элементы.

Общие идеи следующие:

• для многопортового узла следует предусмотреть питание PHY-уровня до последней возможности — это обеспечивает целостность шины (отключение питания PHY сегментирует шину, поскольку узел не сможет транслировать сигналы и трафик). Питание на PHY может подаваться и от кабеля, и от внутреннего источника (через диоды);
• поставщик питания должен подавать питание на каждый порт через индивидуальные разделительные диоды и ограничители тока (рис. а). При этом каждый порт представляет отдельный домен питания (Power Domain);
• альтернативный поставщик, обеспечивающий напряжение ниже 20 В, может и не обеспечивать разделения доменов (но индивидуальные ограничители тока обязательны);
• узел с автономным питанием, транслирующий питание, при числе портов более двух должен иметь ограничители тока на каждый порт.

На рисунке в качестве ограничителей тока условно изображены плавкие предохранители. Реально, конечно же, используются или электронные ограничители, или самовосстанавливающиеся полупроводниковые предохранители.

 

Гальваническая развязка

Подробности

Родительская категория: Шина IEEE 1394 — FireWire

Категория: Физический уровень шины IEEE 1394

Возможность гальванической развязки узлов шины IEEE 1394 позволяет решить ряд проблем, связанных с объединением «схемных земель» соединяемых устройств. В аудиотехнике из-за наводок в контуре заземления возникают помехи, неприемлемые для работы высококачественной аппаратуры, на которую и ориентирована шина.

В первых спецификациях, в которых используется только DS-сигнализация, гальваническая развязка возможна только в интерфейсе PHY-LINK. Этот параллельный интерфейс содержит значительное число сигнальных цепей, по которым передаются сигналы с уровнями логики КМОП или ТТЛ. Большая часть этих сигналов имеет весьма высокую частоту переключения (около 50 МГц), что не позволяет применить дешевую оптронную развязку¹. Оптроны удобно применять только для медленных сигналов LinkOn и LPS. Кроме того, ряд сигнальных цепей используется для двунаправленной передачи, что осложняет схему развязки. Самый простой и дешевый способ развязки — введение разделительных конденсаторов. Однако при этом развязка осуществляется только по постоянному току (типичное напряжение развязки до 60 В); высокочастотные помехи, вызывающие пульсации на общем проводе, будут воздействовать на интерфейс. Полную развязку обеспечивают только импульсные трансформаторы (1:1), устанавливаемые в каждой цепи; при этом достижимо напряжение изоляции развязки до 500 В. Однако это слишком дорогой и громоздкий вариант, который используется редко. И конденсаторы, и трансформаторы фактически выполняют дифференцирование сигналов (передают только перепады). Специально для этого и LINK, и PHY имеют конфигурирующие сигналы Direct, по которым интерфейсные цепи настраиваются на прием непосредственных сигналов (без развязки) или дифференцированных (с развязкой).

В приложении стандарта IEEE 1394 и в основном тексте IEEE 1394a приводится довольно громоздкая схема конденсаторной развязки (рис. а), содержащая большое число резисторов, «подтягивающих» уровни сигналов. В IEEE 1394b приведена более элегантная схема установки привязки состояний входов, использующая КМОП-вентили (повторители) с высокоомной обратной связью (рис. б). На рисунках изображены цепи развязки для одной из десяти сигнальных линий.

Для портов, работающих в бета-режиме (IEEE 1394b), полная гальваническая развязка стала возможной в цепях сигналов внешнего электрического интерфейса. Параметры этой развязки приводятся в начале данной главы. Использование оптоволоконной связи позволяет обеспечить бескомпромиссную развязку с любым требуемым напряжением изоляции.

Гальваническая развязка сигнальных цепей подразумевает и развязку для кабельного питания. Эта развязка осуществляется с помощью импульсных преобразователей напряжения (DC/DC Converter).

 

---

¹ — Обычные оптроны слишком инерционны, быстродействующие оптические приемники, применяемые, например, в сетях передачи данных, слишком дороги.

---