5. Беспроводные интерфейсы Оптический интерфейс с открытым каналом IrDa

Организация беспроводной связи с носимым оборудованием в режиме «посещения базы» – актуальная задача в бытовых и промышленных системах. В 1970-х годах появились полупроводниковые источники и приемники инфракрасного излучения, позволившие реализовать открытый оптический канал передачи данных на расстоянии до нескольких метров в пределах прямой видимости. Появление подобной элементной базы вызвало к жизни многочисленные системы связи с их использованием.

На этом этапе не стояла задача стандартизации интерфейса. Элементная база цифровой электроники позволяла строить радиальные линии обмена данными, часто однонаправленные, обычно на микросхемах средней степени интеграции. Такие решения покрывали потребность в связи целевого носимого устройства с базовым устройством.

Воздушная среда передачи данных рассеивает излучение и не позволяет организовывать несколько линий или дуплексный режим работы. Поэтому в стандарт на интерфейс IrDA заложен полудуплекный режим.

Создание сетей из более чем двух портов не предусмотрено, однако это не означает, что дополнительные порты могут работать только в режиме приема. Полноценная сеть может быть создана за рамками стандарта, путем добавления в посылку информации об адресе.

Интерфейс IrDA разработан как расширение стандарта RS-422. В формате передачи данных много общего. Как следствие, реализация портов IrDA и конвертеров СОМ-IrDA не представляет трудностей, можно использовать совместимую элементную базу.

При передаче данных импульсы излучения генерируются в однозначном соответствии с сигналами интерфейса RS-422. Уровень логического «0» передается в IrDA коротким импульсом. Уровень логической «1» – отсутствием излучения (рис. 5.1).

Свободная линия в RS-422 принимает значение логической «1». Передача начинается с формирования стартового бита уровнем логического «0». По этому импульсу приемник синхронизируется и начинает прием последовательных данных. Аналогично в интерфейсе IrDA, при отсутствии передачи не формируется ни каких импульсов, что соответствует логической «1».

Рис. 5.1. Схожесть формирования сигналов интерфейсов RS-422 и IrDA

Начало передачи обозначается импульсом стартового бита, вслед за ним передаются данные. Стоповый бит обозначается уровнем логической «1». Помехозащищенность, достоверность и надежность такого канала обмена – низкие. Соответственно интерфейс IrDA может быть использован в неответственных приложениях.

Для работы компактных устройств очень важно невысокое потребление энергии батарей. Поэтому импульсы передатчика интерфейса IrDA имеют высокую скважность. Длительность импульса должна быть равна 3/16 от времени передачи одного бита. Но импульс не может быть короче 1,63 мс. Такой импульс формируется при скорости обмена данными 115,2 кбит/с и выше (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Временные параметры импульса интерфейса IrDA

Скорость передачи данных, кбит/с	2,4	9,6	19,2	38,4	57,6	115,2
Время передачи одного бита, мс	416	104	52	26	17,3	8,68
Длительность импульса, мс, ±0,22мс	78,13	19,53	9,77	4,88	3,26	1,63

Оптический приемопередатчик стандарта IrDA часто выполняется в виде приставки к универсальному порту последовательного интерфейса UART. Такая архитектура обеспечивает очень низкую стоимость оборудования. На рис. 5.2 показана типовая схема трансивера IrDA.

Рис. 5.2. Типовая схема трансивера IrDA

Электрический интерфейс соответствует сигналам интерфейса RS-422. Питание светодиода осуществляется через внешний резистор, ограничивающий его ток. Сигнал с фотоприемника усиливается и подается в два параллельных тракта, один из которых включает линию задержки и инвертирует сигнал. Включенный на выходе обоих трактов логический блок позволяет выделять фронт импульса, несущий полезную информацию.

Конструктивно трансивер интерфейса IrDA обычно выполняется в виде микросхемы в корпусе, прозрачном для инфракрасного излучения (длина волны в IrDA равна 880 нм, с допуском в пределах 850–900 нм). Такая конструкция технологична, недорога в изготовлении и монтаже.

В корпусе изделия сосредоточены инфракрасные светодиод и фотоприемник со своей оптикой, выходные каскады передатчика, входной усилитель и схема первичной обработки приемника.

Очень низкая стоимость реализации, небольшие энергопотребление и габариты, гальваническая развязка портов, простота программирования, отсутствие проводов и разъемов делают интерфейс IrDA привлекательным для разработчиков гражданских систем обмена данными.