Codificacion Manchester

La codificación Manchester es una técnica de modulación de datos que puede ser utilizado en muchas situaciones, pero es particularmente útil en la transferencia de datos binarios en base a señales analógicas, RF, óptico, señales digitales de alta velocidad digital o de larga distancia.

Los estándares de codificación Ethernet utiliza la codificación Manchester.

A pesar de las ventajas abrumadoras de comunicación digital estándar que la señalización analógica, hay algunas limitaciones generales. Uno es el problema de la sincronización: el receptor tiene que saber exactamente cuándo va a muestrear los datos entrantes (Tenga en cuenta que esta sincronización no es necesaria, por ejemplo, una transmisión de audio analógico – la señal de audio demodulada puede ser entregado al altavoz sin interpretación explícita de los datos en el lado del receptor).

Otra es la necesidad de acoplamiento DC. Los datos digitales pueden incluir secuencias largas, ininterrumpidas de uno o ceros, y luego una señal digital estándar que se utiliza para transmitir estos datos se mantendrá en la misma tensión durante un período relativamente largo de tiempo. Si tratamos de asociar esta señal utilizando un condensador de bloqueo tendríamos problemas, como se muestra en los siguientes diagramas LTSpice.





Por un lado la decadencia de CC cae a cero, entonces todo está bien, siempre y cuando la señal está en transición. Pero cuando una larga secuencia de uno o cero debido a la interrupción de la transición señal original, la señal digital se convierte en una tensión constante que está bloqueado por el condensador.
Una solución

La codificación Manchester proporciona un remedio para estos dos limitaciones. Se trata de un esquema de modulación digital simple que hace dos cosas:


Se asegura que la señal no siempre se mantiene en un nivel lógico alto o bajo la lógica de un largo período de tiempo


Se convierte la señal de datos en una señal de datos de sincronización.

Antes de entrar en los detalles de la codificación Manchester, discutimos la motivación: ¿por qué no añadir una señal de reloj para la sincronización separada? Y ¿por qué debemos ser acoplado a una corriente alterna de señal digital?
Reloj que se deben evitar

En muchos casos, es perfectamente aceptable el uso de una señal de reloj separada para lograr la sincronización entre el transmisor y el receptor. Pero a veces este enfoque no es deseable, como cuando es necesario para minimizar el número de interconexiones entre las partes de un sistema de, o cuando la miniaturización requiere el microcontrolador con un bajo número de pasadores que de alguna manera puede proporcionar la funcionalidad requerida.

En otras situaciones, una señal de reloj separada no es practicable. por ejemplo, sería muy ineficiente incluyen dos transmisores y receptores de RF separadas (por ejemplo, una para datos y otra para el reloj) en una conexión de datos inalámbrica complejo.

Si está familiarizado con la interfaz UART, se sabe que es posible utilizar las señales de temporización internas en lugar de un clok externo compartido por el transmisor y el receptor. Pero esta estrategia tiene limitaciones significativas:


Es robusto frente a variaciones de la frecuencia de reloj interno, se vuelven más problemático cuando el transmisor y el receptor están en diferentes entornos.


Se carece de flexibilidad, ya que requiere que los dispositivos de Tx y Rx están configurados de forma explícita para la misma velocidad de transmisión de datos.


Generalmente, el receptor requiere una frecuencia de reloj interno significativamente mayor que la velocidad de transmisión de datos, , Lo que podría suponer restricciones de los molestos sobre la velocidad máxima a la que los datos pueden ser transferidos.
Evitar la conexión de CC

Con los sistemas complejos, especialmente los que implican altas tensiones, No siempre es fácil asegurar que el voltaje de modo común de una señal transmitida es compatible con el rango de modo común del receptor aceptables. Este es un problema incluso cuando se utiliza una normas diferenciales tales como RS-485 . Otra preocupación es la corriente en caso de fallo: acoplamiento directo no ofrece protección contra las corrientes debidas a un cortocircuito.

por lo tanto, acoplamiento de CA es una forma sencilla para mitigar los inconvenientes y los riesgos .

La solución de Manchester

La idea detrás de la codificación Manchester es el siguiente: podemos utilizar transiciones voltaje , en vez de niveles extensible , para representar unos y ceros. Considere el siguiente diagrama:



En la parte superior del diagrama tenemos un estándar de interfaz digital compuesta por una señal de datos y una señal de reloj.

En la parte inferior del diagrama hay una señal codificada de Manchester para los mismos datos.

Tenga en cuenta cómo se producen las transiciones en el medio de los estados lógicos de la señal de datos estándar (en otras palabras, la transición Manchester está alineado con el borde del reloj que se utiliza para muestrear datos).

Tenga en cuenta también que un bit alto corresponde siempre a un mayor a menor de transición y un poco baja corresponde siempre a una transición de bajo a alto. (También es posible usar la opuesta, lo importante es que los circuitos del receptor conocen el formato que debe esperar).

Es claro que el problema de acoplamiento de CA es eliminado: cada bit requiere una transición y por lo tanto la señal de datos no será nunca más a un nivel lógico bajo o lógico alto durante un largo período de tiempo. Esto es evidente en el siguiente diagrama, que muestra una señal digital estándar 111111 pistas y una señal codificada a partir de Manchester para la misma secuencia binaria, Se ha omitido por conveniencia la señal de reloj, ya que no es relevante para el diseño.



El problema de sincronización es un poco 'menos simple, porque todavía tenemos que tirar de alguna manera por la señal de reloj; sin embargo, podemos ver intuitivamente que la regularidad de las transiciones proporciona información sobre cuándo la señal de datos es a muestrear.

El diagrama de arriba muestra también una desventaja no trivial de codificación Manchester: la velocidad de transmisión de datos se reduce a la mitad en comparación con el ancho de banda de la señal de datos. Una señal codificada por Manchester requiere una transición para cada bit, lo que significa que debido estados lógicos de Manchester se utilizan para transmitir uno lógica estado estándar. por lo tanto, para transferir datos a la misma velocidad, es necesario duplicar el ancho de banda.

Esto puede no parecer un problema, ¿por qué no utilizar una señal de alta frecuencia? bien, si el ancho de banda de la señal es el factor limitante de la velocidad con la que los datos se pueden mover desde el transmisor al receptor y si ya está a la máxima velocidad de transmisión de datos, no se puede aumentar la frecuencia de la señal por un factor de dos; en vez, es necesario reducir la velocidad de datos por un factor de dos.