Pytanie:

Nie rozumiem sensu podawania jednostki „Mb/s”, kiedy przeglądam karty katalogowe izolatorów cyfrowych. Dlaczego nie jest podawana jako MHz?

Izolatory cyfrowe i optyczne przekazują informacje między dwoma obwodami z zachowaniem izolacji galwanicznej (brak przepływu prądu między tymi obwodami. Przekazywana informacja ma postać cyfrową, oznaczoną przez poziom logiczny. Zmiana stanu logicznego następuje poprzez zmianę poziomu – z niskiego na wysoki lub z wysokiego na niski. Każdy stan następujący po zmianie jest interpretowany jako bit cyfrowy. Jednak zmiany nie muszą występować w regularnych odstępach czasu.

Zupełnie inaczej wygląda sytuacja w przypadku ciągłego sygnału zmiennego, takiego jak sinus czy prostokąt, który regularnie przechodzi między różnymi stanami. Przy wypełnieniu 50%, czas jaki sygnał przebywa w każdym stanie jest równy i stały w każdym cyklu. Częstotliwość zmiany stanu sygnału jest często wyrażana w cyklach na sekundę, czyli hercach (Hz).

Ponieważ dane cyfrowe przenoszone przez izolator nie muszą reprezentować regularnie zmiennego sygnału, to dla nich stosowana jest jednostka „bitów na sekundę”. Jednak warto zauważyć tu pewną różnicę. Regularnie zmienny sygnał o częstotliwości wyrażonej w hercach zmienia swój stan dwukrotnie w ciągu cyklu. Oznacza to, że przebieg prostokątny o wypełnieniu 50% i częstotliwości 1 MHz będzie dostarczał dane do izolatora cyfrowego z szybkością 2 Mb/s. Inaczej mówiąc, przepustowość izolatora musi być dwukrotnie wyższa od maksymalnej częstotliwości określonej dla sygnału regularnie zmiennego, jaki będzie on przenosił.

Rozważmy  izolację interfejsu szeregowego SPI jako przykład, który może pomóc zrozumieć to zagadnienie. Magistrala tego interfejsu składa się z czterech linii: Serial Clock (SCLK), Chip Select (CS), Serial Data In (SDI) oraz Serial Data Out (SDO). Dane wyjściowe (SDO) są zatrzaskiwane jednym zboczem SCLK, natomiast dane wejściowe (SDI) są zatrzaskiwane przeciwległym, drugim zboczem. I tutaj może wkraść się nieporozumienie: jeden bit wyjściowy jest zatrzaskiwany w każdym cyklu zegara, zatem przepustowość SPI (wyrażona w Mb/s) jest równa częstotliwości zegara (w MHz). Zatem sygnał SCLK o częstotliwości 1 MHz przesyła zarówno 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 przesłanie zegara z częstotliwością 1 MHz. Użytkownicy często mylą przepustowość magistrali SPI liczoną w MB/s z wymaganą przepustowością izolatora cyfrowego.