1. Uproszczony schemat bezstratnej (R = 0) linii przesyłowej

1. Uproszczony schemat bezstratnej (R = 0) linii przesyłowej
sygnałów cyfrowych.
Zjawiska w niej występujące, jeśli jest ona linią długą:




odbicie fali na końcu linii;
tłumienie fali;
zniekształcenie fali;
propagacja fali.
Definicje współczynników odbicia na początku i końcu linii
długiej.
Ile wynosi średnie jednostkowe opóźnienie τ [ns/m] w linii
elektrycznej?
Hmm, czyżby było to 6 ns/m?
Warunki, w jakich linię przesyłową sygnałów cyfrowych należy
traktować jako linię długą (wyjaśnić dlaczego).
Linia długa to taka elektryczna linia dwuprzewodowa, której
wymiar jest porównywalny z długością fali napięcia przesyłanego
sygnału. Taka sytuacja zachodzi np. dla impulsów prostokątnych o
bardzo stromych zboczach, stąd powyższa zależność.
Jakie zjawiska (oprócz odbić), oraz ich wpływ, występują a) w
liniach elektrycznych:
 tłumienie fal napięcia i prądu (zmniejszona amplituda);
 zniekształcenie amplitudowe (amplitudy różnych składowych
harmonicznych są tłumione w różny sposób, wskutek czego
kształt sygnału ulega zmianie przy przejściu przez linię);
 zniekształcenie fazowe (zniekształcenie sygnału spowodowane
jest tym, że fazy poszczególnych składowych harmonicznych na
końcu linii są inne niż na jej początku);
b) w liniach światłowodowych:
 dyspersja (wiązka światła podana na wejście ulega rozmyciu na
wyjściu światłowodu);
 dyfrakcja (ograniczona wiązka prowadzona w rdzeniu ulega
rozproszeniu);
 ogniskowanie (prowadzona w światłowodzie wiązka światła ma
tendencję do utrzymywania się wewnątrz rdzenia).
2. Impedancja falowa Z0 linii przesyłowej (definicja, od czego
zależy, ile wynosi w typowych liniach przesyłowych – para
skręcona, kabel koncentryczny sieci 10Base2, kabel
koncentryczny telewizyjny).
Impedancja falowa linii jest definiowana jako stosunek napięcia
przemiennego na wejściu linii, do natężenia prądu jakie to napięcie
wywołuje w linii, przy założeniu, że w linii nie występują odbicia fali.
Impedancję definiuje się dla każdego ośrodka, w którym przenoszone
są fale elektromagnetyczne.
Najczęściej spotykane przewody koncentryczne mają impedancję
falową równą 50 Ω lub 75 Ω. Impedancja falowa typowych linii
przesyłowych w obwodach drukowanych wynosi 100 Ω.
3. Powody i sposoby dopasowywania impedancji źródła i
impedancji obciążenia do impedancji falowej Z0 linii
przesyłowej – wyjaśnić na odpowiednich rysunkach.
4. Schematy linii różnicowych: a) prądowej, b) napięciowej –
narysować, opisać i omówić zalety w porównaniu z linią
niesymetryczną.
5. Przybliżone wartości rezystancji wejściowych (RIL, RIH) i
wyjściowych (ROL, ROH) dla bramek TTL oraz CMOS –
uzasadnić, dlaczego takie wartości można przyjmować.
To chyba wynika z prawa Ohma.
6. Dla podanych przez prowadzącego Z0, RL, RS i skoku napięcia U
(0 +) wyznaczyć współczynniki Γ i Γ i narysować przebiegi
uP(t) i uK(t) dla t = 0...6 [l/v].
P
K
7. Uproszczony schemat (narysować i opisać) optycznej linii
przesyłowej a) bezprzewodowej, b) światłowodowej na
światłowodzie plastikowym i szklanym.
Jej zalety w porównaniu z linią elektryczną:
 ogromna pojemność informacyjna każdego pojedynczego włókna
i niesamowita szybkość transferu (szerokość pasma);
 małe straty i zdolność przesyłania sygnałów na znaczne
odległości;
 całkowita odporność na zakłócenia elektromagnetyczne jak
również brak emisji jakichkolwiek zakłóceń;
 mała waga i wymiary;
 utrudniony podsłuch przesyłanych danych;
 coraz bardziej opłacalne – utrzymuje się tendencja spadkowa cen
światłowodów;
 brak zagrożenia iskrzeniem, bezpieczeństwo w czasie pracy;
 duża niezawodność;
 prosta obsługa;
 coraz większa powszechność, również w sieciach lokalnych.
Średnie opóźnienie jednostkowe τ [ns/m] w światłowodzie.
No właśnie, ile?
Rodzaje światłowodów.
Podział ze względu na strukturę:
 włókniste;
 warstwowe;
 paskowe.
Podział ze względu na strukturę modową (mod – składowa „porcja”
promieniowania świetlnego):
 jednomodowe;
 wielomodowe.
Podział ze względu na sposób zachodzenia zmian współczynnika
załamania:
 skokowe;
 gradientowe.
Podział ze względu na rodzaj materiału:
 szklane;
 plastikowe;
 półprzewodnikowe.
Charakterystyczne parametry (wymiary, średnie odległości na
jakie można nimi przesyłać sygnał cyfrowy bez regeneracji,
tłumienność).
Światłowody jednodomowe można określić mianem najwyższej
klasy, gdyż przewodzą sygnały na ogromne odległości, nawet do setek
kilometrów. Ich włókno szklane – rdzeń, ma średnicę do kilku
mikrometrów, są zasilane światłem spójnym wytwarzanym przez
lasery i cechują się bardzo małym tłumieniem fali świetlnej.
Światłowody wielomodowe są słabsze od jednomodowych, stosuje
się je na mniejszych odległościach – do kilku kilometrów.
Charakteryzują się średnicą włókna do kilkudziesięciu mikrometrów.
Niestety wykazują silniejsze tłumienie niż w światłowodach
jednomodowych. Zagrożenie zbyt dużym tłumieniem wzrasta wraz z
długością kabla światłowodowego wielomodowego. Stąd ich
zastosowanie na krótszych odcinkach.