Bity na sekundę – a dlaczego nie herce?

Pytanie:

Nie rozumiem sensu stosowania jednostki ”Mb/s” w kartach katalogowych izolatorów cyfrowych. Dlaczego nie podać wartości w MHz?

 

Odpowiedź:

Izolatory cyfrowe i optyczne przekazują informacje między dwoma obwodami, zachowując jednocześnie izolację galwaniczną – co oznacza, że między tymi obwodami nie płynie prąd. Przekazywana informacja ma postać cyfrową, oznaczoną przez poziom logiczny. Zmiana stanu logicznego następuje poprzez zmianę poziomu –  z niskiego na wysoki lub wysokiego na niski. Każdy stan następujący po zmianie jest interpretowany jako bit cyfrowy. Zmiany nie muszą występować w regularnych odstępach czasu.

Zupełnie inaczej wygląda sytuacja w przypadku ciągłego sygnału zmiennego, takiego jak sinus czy prostokąt – przechodzi on między różnymi stanami bezustannie. Jeśli współczynnik wypełnienia wynosi 50%, w każdym stanie sygnał przebywa przez taką samą ilość czasu. Częstotliwość zmiany stanu sygnału jest wyrażana w okresach na sekundę, czyli hercach (Hz).

Ponieważ dane cyfrowe przenoszone przez izolator nie muszą reprezentować ciągłego sygnału, stosowana jest jednostka „bitów na sekundę”. Jednak warto zauważyć tu pewną różnicę. Ciągły sygnał o częstotliwości wyrażonej w hercach zmienia swój stan dwukrotnie w ciągu cyklu. Zatem przebieg prostokątny o wypełnieniu 50% i częstotliwości 1 MHz będzie dostarczał dane do izolatora cyfrowego z szybkością 2 Mb/s. Mówiąc inaczej, przepustowość izolatora musi być dwukrotnie wyższa od maksymalnej częstotliwości sygnału, jaki będzie on przenosił.

Przykład może pomóc zrozumieć to zagadnienie: wyobraźmy sobie izolację interfejsu szeregowego SPI. Magistrala tego interfejsu składa się z czterech linii: zegara (SCLK), Chip Select (CS), Serial Data In (SDI) oraz Serial Data Out (SDO). Dane wyjściowe (SDO) są zatrzaskiwane na jednym zboczu SCLK, natomiast dane wejściowe (SDI) są zatrzaskiwane na drugim zboczu. To może wydać się mylące: jeden bit wyjściowy jest zatrzaskiwany na każdym cyklu zegara, zatem przepustowość SPI (liczona w megabitach na sekundę) jest równa częstotliwości zegara (w MHz). Zatem sygnał SCLK o częstotliwości 1 MHz może przesłać dane wejściowe z szybkością 1 Mb/s i dane wyjściowe z szybkością 1 Mb/s. Jednak sam sygnał SCLK także jest izolowany, zatem szybkość izolatora musi wynosić 2 Mb/s, aby umożliwić przełączanie zegara z częstotliwością 1 MHz. Użytkownicy często mylą przepustowość magistrali SPI liczoną w MB/s z wymaganą przepustowością izolatora cyfrowego.

O autorze