GB T 15127-1994 信息处理系统 数据通信 双扭线多点互连.pdf

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1、中华人民共和国国家标准信息处理系统数据通信双扭线多点互连发布实施国家技术监督局发布中华人民共和国国家标准信息处理系统数据通信双扭线多点互连国家技术监督局批准实施本标准等同采用国际标准信息处理系统数据通信双扭线多点互连主题内容与适用范围本标准对下述几方面规定物理媒体特性对两线或四线网络拓朴中的双扭线多点互连分别提供半双工或全双工数据传输能力互连端点系统的二进制信号和双向信号传送端点系统分支电缆和可长达的公共干线电缆的电气和机械设计端点系统范围内集成电路型的发生器和接收器的部件测量可适用的数据信号速率高达所定义的电气部件特性和测量与给出的双扭线点到点的特性非常一致本标准不叙述完整的物理接口亦不叙述

2、功能接口特性如互换数据电路和控制电路的数目端点系统分支电缆连接器的类型尺寸和插针分配数据和控制信号编码互换电路上信号间的时间关系同步或异步传输方式发送和接收的信号质量本标准不规定特殊的环境条件如电流绝缘电磁干扰射频干扰以及人员安全这些可能会构成未来补篇的课题本标准主要是部件规范对所有可能配置中满意地互操作规定不够充分确保其预期配置能满意互操作是实现者的责任本标准可以同任何适当的一组功能和附加环境特性结合以满足局域或广域网络中的实际数据传输要求引用标准在数据通信领域中通常同集成电路设备一起使用的平衡型双流接口电路的电气特性定义在附录补充件中给出所规定的电气特性的定义互换电路的符号表示见图互换电路

3、的符号表示原则上按照的规定但是本标准中的发生器包括一种附加控制用以将设备置于工作状态不工作状态和高阻零电压状态这种附加部分的符号表示如图所示图互换电路的符号表示点和点间的发生器输出电压点和点间的发生器电压电缆终接电阻器零电压参考互换点信号地点和点间的发生器电压地电位差和互换点注图中示出了两个互换点在不包括任何互电缆的情况下发生器的输出特性在发生器互换点规定在无电缆终接电阻器的情况下接收器必须响应的电气特性在接收器互换点规定点和可以互连如果国家法规要求还可进一步连接到保护地互连配置见图和图互连配置通常由一根长达的平衡干线电缆和若干根平衡分支电缆组成每根平衡分支电缆将各个端点系统连接到公共干线电缆

4、分支电缆连接点的间隔可按要求进行分配一根分支电缆可长达平衡干线电缆的每一端都由终接电阻器终接在各个端点系统连接点应使用分支干线电缆连接器这样便于条定义的发生器接收器负载测量干线电缆每一端的阴性连接器应容纳终接电阻器如果本地法规要求可对所有平衡电缆屏蔽也可能需要扩展到对分支干线电缆连接器的屏蔽根据多点操作的类型可以使用两线或四线互连配置图示出了半双工数据传输的两线多点配置图示出了半双工或全双工数据传输的四线多点配置图示符号信号地保护地图两线多点配置注端点系统信号地的互连是可选的并取决于本地法规分支电缆屏蔽是可选的当提供时它连接到端点系统保护地并可进一步连接到信号地干线电缆屏蔽是可选的当提供时它应

5、在一处连接到保护地干线电缆的屏蔽体与分支电缆的屏蔽体互连可能是需要的图四线多点配置注端点系统信号地的互连是可选的并取决于本地法规分支电缆屏蔽是可选的当提供时它连接到端点系统保护地并可进一步连接到信号地干线电缆屏蔽是可选的当提供时它应在一处连接到保护地干线电缆的屏蔽体与分支电缆的屏蔽体互连可能是需要的多点媒体上的负载每个端点系统是多点媒体的负载该负载由具有相关内部接线的无源发生器和或接收器以及平衡分支电缆组成如图和图所示按照多点半双工数据传输原理在任何给定的时刻只有一个发生器处于工作状态成功的操作需要有按和加载的负载技术规范对于加载所选择的第和章中的部件规范应使得工作发生器可以驱动互连干线电缆其

6、每一端都由不小于的电阻器终接并可驱动个所谓的单位负载这个单位负载表示所有端点系统的总负载的值在中定义加载规范加载规范将工作发生器的电流限制到一实际值据此对电流电压测量定义一个假想的单位负载的定义见图值定义为当电压在和之间变化时电流在和之间变化相应的电流电压关系如图所示电压范围应考虑发生器的输出和偏移电压接收器的共模和内部电压以及电源电压图的电流极限端点系统的确定见图和图当在一个端点系统的阳性插针分支干线电缆连接器处测量电流电压特性时被测发生器应处于不工作状态测量配置如图所示电流电压测量相应于接收器输入的测量即电压或的范围在和之间而或保持为所形成的输入电流或应维持在图所示阴影范围内这些测量在发生

7、器和或接收器电源接通和断开的条件下均适用为了由测量来确定一个的电流极限的边界斜率见图应修改为完全包括电流电压特性所需的最小斜率同时保持和截断点不变那么的实际值便等于在和点处实际电流与一个电流之比的两个比值中较大的一个见图中确定值的两个例子为减小由于负阻产生振荡的可能性电流斜率应该为正值当所有被测的值加在一起时其和不应超过图输入电流电压测量图值的确定加载规范由端点系统引起的在互连多点媒体上的加载影响传输特性这种影响取决于应用参数如平衡电缆的类型数据信号速率据此下述测量仅作为指南并可按需要进行修改见附录参考件的章反射衰减端点系统的反射衰减不应小于该测量在使用并联测试电阻器的阳性插针分支干线电缆连接

8、器上进行在测量期间如果有发生器它应处于不工作状态接收畸变对于传号空号以应用的数据信号速率转换时在终接电阻器的阴性插针分支干线电缆连接器上测得的接收信号畸变不应超过注在双扭线传输媒体情况下假定与码形相关的畸变超出传号空号转换测量的范围不太大极性和有效电平发生器极性和接收器有效电平相应于的极性和电平表取自表接收器差值有效电平数据电路传号空号控制和定时电路断开接通发生器的特性发生器部件在工作低阻抗状态下按下述测试方法测量其测量配置如图到图所示该部件可在单个正电源下操作测试可在二进制两种状态之一下进行因此对电压幅度规范分别使用符号和表示开路电压当按照图测量时电压为输出端与间或端与间和与间或或或图开路电

9、压测量偏移电压当按照图测量时电压为负载中心和端点间或二进制状态差值图偏移电压测量有终接的输出电压当按照图并在到范围内改变测量电压时电压为输出端与间或二进制状态差值图有终接的输出电压测量上升时间和不平衡电压当按照图测试传号空号转换电压时输出端的和间的上升和下降时间应为式中单位间隔的时间由于负载中心和端点间不平衡而形成的电压为峰峰值图上升时间和不平衡测量上升时间在适用数据速率时单位间隔的时间持续期稳态电压之差接收器的特性接收器部件按照图和图所示的测量配置来测量满足这些要求的部件形成一种差值接收器这种接收器具有高输入阻抗差值在和间的小的输入门限跃变区所允许的内部偏置电压幅度不超过图输入电压范围图输入

10、平衡测量输入灵敏度见图相对于接收器端的出现在接收器输入端和的输入电压和的允许范围应处于和之间在该允许范围内对于接收器输入电压的任何组合在所加差值输入电压为或更大一些情况下接收器应呈现预期的二进制状态此外当接收器输入端和或和连接的测试电压在到间变化时该接收器应不遭到任何损害输入平衡见图接收器输入电压电流特性和内部偏置电压的平衡应为当经过等于的匹配电阻器将为的差值电压加到每一输入端时接收器应保持在预期的二进制状态如图所示此时输入电压和的范围在和之间当的极性反向时在相同条件下保持相反的二进制状态故障状态测试为确保不因单个故障条件而产生损害部件应按照图到图所示的测量配置进行测试发生器短路见图发生器不会

11、因输出端和相互短路而造成任何损害图发生器短路测试发生器竞争见图发生器在二进制或或不工作的任何输出条件下不会因将其输出端和或和连接的测试电压在到范围内变化时而造成任何损害图发生器竞争测试发生器的电流极限见图在按照图测试时通过改变从到范围的测试电压电压变化速率等于或小于馈入发生器的任何接线的峰值电流不应超过这一准则不应解释为要求一个发生器能产生的源电流而是如果多个源发生器提供这一电流宿发生器不允许合成电流超过关于发生器竞争方面的附加信息见附录参考件中的章瞬态过压见图图的测量方法适用于发生器和接收器当由于一对竞争发生器形成的大电流而被中断时对在互换电路上可能产生的瞬态变化应提供一种保护关于附加信息见

12、附录参考件的章图瞬态过压测试一个无源发生器或一个接收器应经得起占空比为持续期为的脉冲而不出现故障该脉冲来自内阻为的的信号源正副脉冲加在无源发生器的和端之间和端之间对于接收器则加在和端之间和端之间如果部件在施加脉冲期间遭到瞬时击穿它应在所加的脉冲终止后之内返回到操作状态环境限制为了在平衡互换电路上以高达的数据信号速率操作应使用下述条件互换电路任何点的总共模电压应处于到范围内然而在发生器竞争情况下该范围可扩展到见附录参考件的章接收器的共模电压是下述最坏情况的组合发生器接收器地电位差见图在电缆一侧的发生器端和连在一起的条件下电缆另一侧的接收器端和或和间测量的纵向感应随机噪声电压发生器偏移电压部件兼容

13、性在某些情况下生产满足和本标准要求的发生器和接收器是可能的见表表与的兼容性特性发生器和接收器电源正正和或负共模无损害瞬态过压发生器开路有终接的输出到到偏移传号空号之差续表特性上升下降时间不平衡峰峰峰峰短路电流极限接收器最低灵敏度灵敏度范围不平衡内部偏置故障检测三种类型附录互换电路中应用的电气特性术语补充件平衡互换电路使用两根导线和差模电压发送信号的互换电路共模抑制比对平衡互换电路所加的共模电压与所形成的模向电压与差模电压相同之比该比通常以分贝表示注抑制比取决于电路终接而且应该在正常使用终接时测量共模电压平衡互换电路的每根导线和地或其他指定参考电压间的电压向量和的二分之一注该电压可以是发送的或接

14、收的信号或噪声干扰在后一种情况下该电压通常与有时称为共模电压的那种电压不同即可能由于感应或地参考电位差而存在以共模方式于互换电路对的两端之间的电压串音损耗近端对相反方向传输而使用的两个互换电路在一个互换电路上发送的电压与另一个互换电路上接收端形成的电压串音以分贝表示的比值串音损耗远端对在同一方向传输而使用的两个互换电路在一个互换电路上发送的电压与另一个互换电路上接收端形成的电压串音以分贝表示的比值差模电压平衡互换电路的每根导线和地或其他指定参考电压点间的电压向量差注差模电压通常叫横向模电压环境条件电气或物理环境的那些特性如地电位差磁场高度和温度等它们可能影响或对互换电路的操作电流绝缘在互换电路

15、的含有发生器的设备和含有接收器的设备间相对共模电压导电性而存在的非导电成份发生器互换电路的组成部分它是发送信号的源注术语发生器同术语驱动器可互换使用发生器偏移电压平衡互换电路的每根导线和它的参考信号地之间电压向量和的二分之一的直流分量注电压向量和的二分之一的直流分量与上述直流电压算术平均值相同信号地发生器接收器信号电压参考大地地在包括发生器接收器在内的设备附近具有由到大地导电通路的导电体所建立的电压参考注大地地通常与机架或建筑地或保护地同义和相同地电位差互换电路的发生器和接收器信号地电位间的差值仅当发生器和接收器的信号地都连接到大地地时该电位与大地地电位差中的差值相同感应噪声由其他导体电流通过

16、电磁感应引入到互换电路的干扰电压对平衡互换电路感应电压通常以共模方式出现互换电路经过接口例如提供信号互换的包括发生器接收器和互连媒体在内的电路互换点互换电路的一个点规定的电气特性在该点适用并在该点进行测量注互换点通常定义设备间的分界线并通常位于接口连接器的所在位置接收器互换电路的组成部分它在接收设备处提供互换电路信号的检测上升时间发生器输出信号电压从一种状态特征值变化到第二种状态特征值所需的时间上升时间通常规定为信号电压波形幅度的和两点间的时间注上升时间通常取决于负载并根据特定测试终接来规定对非平衡发生器从接通或工作状态变化到断开或不工作状态的时间有时称为下降时间场地条件给定场地的环境条件冲击

17、电压抵抗力互换电路遭受高达某一规定值的峰值电压冲击后工作仍能正常进行的能力注冲击电压抵抗力有时称为抗冲击性冲击电压由于感应或其他现象在互换电路上出现的具有较高值和短持续期的瞬态电压对于引起差错或故障的这种冲击通常是可以接受的注冲击通常在确保设备不因这种异常条件而损害的前提下规定非平衡互换电路一根导线与第二根返回导线一起使用的互换电路第二根返回导线通常是信号地它由几条电路共用附录指南和注释参考件在使用本标准定义的发生器和接收器时应考虑如下故障安全操作使用这种发生器和接收器的系统设计者应考虑所有发生器可能处于无源状态的情况在这种条件下不能认为任何接收器处于某一特定状态设计者应为该条件提供协议或其他

18、故障安全考虑但是这些内容超出了本标准的范围互连手段电缆是非标准化的但是对某一特定的使用下述选择电缆的指南可能十分有用影响电缆选择的重要参数是数据信号速率或者单位间隔出现在接收器的最小信号电压最大可接受信号畸变见条要求的电缆长度见第章信号的确定发送信号跃变间的最小时间因而也是信号可用来达到它最终稳态的时间如果信号在下一个跃变发生前尚未达到它的最终稳态从接收器角度看该跃变将位移一定时间信号将受到符号间畸变损害在选择电缆时应考虑与远端点系统处信号上升时间的关系出现在接收器的最小信号电压应等于或大于最坏情况下允许的接收器门限电平超过该值的接收器输入电压称为裕度一个系统中所需的裕度值取决于噪声考虑允许的

19、差错率和允许的信号畸变度为确定电缆特性设计者应首先决定呈现给最坏情况接收器所要求的电压量值信号畸变是有效事件如跃变发生的时刻偏移理想时刻的时间度量某一设备的畸变容差大于其他设备了解一种给定应用的最大允许畸变将可提供所需的附加输入以确定互连电缆干扰和平衡网络对干扰的敏感性不管是对媒体的电磁感应或电容耦合都部分地由对地的阻抗非平衡决定假定对两根导体中的每一根的干扰耦合相等出现在两导体之间的干扰成分的幅度一般由对地的阻抗非平衡决定考虑到电缆线对一端的工作发生器和在另一端桥接的几个无源发生器和接收器不计发生器的输出信号其配置可近为图图近似图高频段为电缆的特性阻抗低频段为电缆的环路电阻桥接接收器组合的相

20、应阻抗在电缆的一端接地情况下另一端对地呈现的干扰信号的幅度由阻抗非平衡形成的导体到导体的干扰成分应该注意工作发生器通过电缆的两根导体提供对地的低阻抗因此在低频时出现在电缆桥接接收器端的共模电压是源阻抗为每根导体为的对地的电压对示出的等效电路所关心的平衡是共模干扰电压对合成的导体噪声电压之比或当令并假定因为该配置是一种典型情况所以可得到下述近似式这就暗示该配置的平衡反比于桥接接收器的两个输入端对地导纳的合成差值并基本上与接收器对地的共模导纳无关平衡至少涉及接收器响应的信号最高频率如果接收器的响应扩展到兆赫范围的信号接收器两个输入端的仅几皮法的对地的电容差值可能引起显著的不平衡例如有个接收器桥接在

21、的电缆上每个电容差值对地为在时将形成大约的平衡在更高频率如时该配置似乎使一根导体接地发生器竞争当两个或多个发生器连接到同一互换电路时便可能存在两个发生器同时处在工作状态的情况如果一个或多个发生器为电流源另一个为电流宿那么在源或宿单元内可能发生过多的功率损耗这种情况定义为发生器竞争因为多个发生器在一条电路上竞争传输因为系统可能要求一个以上的发生器同时工作所以所选的发生器竞争测试条条中的参数应使发生器内的损耗有一实际限制在下述所有或任何一个条件下将产生发生器竞争系统加电当系统加电或重新加电时在初始化间隔期间多个发生器可能同时工作系统故障可能产生导致发生器竞争的硬件或软件故障系统协议某些系统协议在从

22、一种传输切换到另一种传输时可能有意地使多个发生器在一个短暂时间工作有的协议可能允许共享一条电路的站竞争传输导致多个发生器同时工作然而一个站最终会成功地得到电路因而结束竞争发生器故障机制可用图和图描述图示出了一条传输电路上的两个发生器发生器将它的短路电流传递给宿发生器又由于在两个发生器之间可能存在共模电压到而使这种情况恶化从而可能使发生器的损耗超过发生器设计的功率例如如果发生器的短路电流为电源电压和共模电位差的组合等于发生器约损耗图示出了多个发生器将它们的短路电流驱入一个宿发生器的情况当宿发生器退出饱和时集电极到发射极电压与提供的大电流一起可能引起发生器内的过大功率这可能导致宿单元的第二种类型的

23、故障两种情况表明保护手段必须在发生器内进行设计以防止任一种类型的故障出现两个最明显的解决办法可分为电流限制类和热关闭类虽然发生器竞争问题的解决办法可以是电流限制热关闭或两者的某种组合但是只要将保护建在发生器内部不排除使用其他保护手段电流限制通过限制在竞争状态下的电流量来限制发生器内部的过大损耗这种保护手段有一优点即它可快速恢复以便应付竞争协议与电流限制相反热关闭从竞争状态下恢复的时间慢但有检测功率过载的固有能力而不只是检测大电流过载当竞争存在时大电流引起能量存储在电路中当电流突然中断时下述电压将在传输电路建立式中建立的电压短路电流电缆的特性阻抗在峰值电流极限情况下该电压约等于如果四个或更多的驱动器为接通电路电流最大到而且两个发生器变为断开而使电流中断的这种不大可能的事件出现在电路上那么差值电压可能上升到较大电压值在系统设计时设计者应认真考虑这种可能性当仅产生这样的事件时第章规定的要求旨在起保护作用图发生器同单个源发生器竞争图发生器同多个源发生器竞争附加说明本标准由中华人民共和国机械电子工业部提出本标准由机械电子工业部电子标准化研究所归口本标准由机械电子工业部华北计算技术研究所负责起草本标准主要起草人张保栋常振启黄家英