1引言
并行接口又稱為"并口" target="_blank">并口"，是一種增強型雙向并行傳輸接口。"并口"是指8位數據同時通過并行線傳輸。這樣數據傳輸速度大大提高，但并行傳輸線路長度受到限制。"長線"是相對于數據的傳輸速度而言的。例如，數據傳輸速率為9 600 b／s時，20 m的電纜" target="_blank">電纜即可認為是長線。增加傳輸線的長度，干擾增加，就容易出錯，使信號無法遠距離傳輸。
針對某大型光電" target="_blank">光電項目中并行數據接口問題提出改進方法。由于系統所用線纜較多，信號在長線(約20 m～25 m)中傳輸時，不僅存在傳輸延遲，而且會使信號畸變，并引入有害干擾，導致系統無法正常工作。
2原有設計方案及錯誤分析
原有并行數據接口部分設計方案原理框圖如圖1所示。上位計算機控制并行接口器件8255A的A口傳輸數據，B口和C口分別作為地址端口和控制端口。數據信號經由74HC245驅動傳送至下位機，數據信號進行雙向傳輸，對8255A的C口編程設置為數據74HC245的使能和傳輸方向選通信號。地址信號和控制信號為單向傳輸，同樣也采用74HC245作為驅動器。下位機經由雙端口存儲器IDT7132與上位機通訊，且IDT7132的片選、使能、讀寫等信號也由8255A的C口編程設置。
由圖1可知道，兩邊設備的傳輸線路長度均為20 m，信號在長線傳輸中會出現嚴重衰變甚至發生畸變。尤其是在多路信號同時驅動時，高電平跳變嚴重，導致系統無法正常工作。以下對其進行分析。
2.1公共地線
發送與接收設備之間的地電位差對數據傳輸的準確性有很大影響。該設計中，收發設備間連接一條公共地線。由于發送設備和接收設備使用各自的電源系統，兩者電位可能不一致，導致地線信號中有電流產生。由于傳輸線存在電阻，地線兩端產生壓降，即地電位差。當發送設備向接收設備發送數據時，接收設備得到的電壓信號與沒有地電位差時不同。當有用信號的電壓較小，而地電位差較大時，接收設備無法得到準確信號，數據傳輸將無法進行。另一方面，由于發送設備和接收設備間存在公共地線，因此各種干擾極易通過公共地線疊加在信號上，特別是作業現場的電磁干擾通過公共地線能容易導入接收設備，影響數據傳輸的準確性。
2.2傳輸線效應
2.2.1最大匹配線長度理論
根據電路分析原理，當導線長度接近于傳輸波長時，不能再視其為普通導線，而應視為長線，需用傳輸線理論分析。在接口技術中，當總線長度和波長可比擬時，必須把它視作長線，考慮作為傳輸線帶來的影響，即傳輸線效應。實驗證明：時鐘頻率為1 MHz～10 MHz時，單板內的總線傳輸效應可忽略不計，但板與板、箱與箱之間的傳輸線效應必須考慮；當時鐘頻率為50 MHz～100 MHz時，單板內的總線設計必須考慮傳輸線效應。
傳輸線定義為所有導體及其接地回路的總和。當傳輸線長度超過最大匹配線長度Lmax時，稱為長線。最大匹配線長度Lmax可由式(1)計算：
式中：tr是傳輸信號的前沿時間，單位為ns；v為電磁波速度，v=(1.4～2)×108m／s；k為經驗常數，一般取k=4～5。
該方案中，最大匹配長度遠遠小于20 m，這就導致線路阻抗與外接負載不匹配，線路的阻抗使信號達不到規定的電壓幅值。傳輸線效應引起信號延遲，傳輸線長度越長，延遲時間也越長。
2.2.2傳輸線電容分布
數據的傳輸實際上是信號的傳號和空號傳輸。而信號由空號變為傳號或由傳號變為空號時，實際上是對傳輸線分布電容充電和放電過程，而且充電的上升時間和放電的下降時間不同。當數據傳輸速度較高時，原本等寬的傳號和空號，變得不等，產生畸變，從而引起數據接收錯誤。
3解決途徑及改進措施
目前解決上述問題的途徑通常有以下兩種方案，實現長線傳輸。
3.1采用RS-422標準接口電路方式
EIA(Electronic Inductries Association)提出RS-422標準，有效消除了公共地線等影響。其特點是通過傳輸線驅動器將邏輯電平轉換為2 V～6 V的電壓信號，經長線傳輸，再通過傳輸線接收器將電壓信號(最低為200 mV)轉換為邏輯電平，實現數據的發送和接收。由于電壓信號獨立采用兩線傳輸，不經過公共地線，因此，兩線對干擾信號應該是對稱的。取兩線間的電壓差作為有用信號，可抵消干擾信號對有用信號的影響，增強電路對干擾信號的抑制能力。
3.2采用光電隔離電流環路接口方式
對傳輸線進行"隔離"、"浮地"處理是較好的方法。采用光電隔離電路，可省去數據交換的兩設備間的公共地線，使兩設備電氣隔離。同時，在電→光→電信號的轉換過程中，就光電耦合器件而言，只要輸入端有電流，輸出端就能輸出相應的數字信號，因此，邏輯電平的信號傳遞變為固定電流環中是否有電流傳遞。適當增大電流(低阻傳輸)，使夾雜在信號中的電氣噪聲被完全限制在所選擇的開關電流幅值內，即使相對弱小的干擾信號電流無法改變有用信號電流的存在與否，可有效地抑制干擾，提高信息傳輸的可靠性，增加數據的傳輸距離。
本文采用第二種方案對并行數據接口部分進行改進。在原有電路中引入光電隔離器TLP523-4。使兩邊設備電氣隔離。TLP523-4是東芝公司的一款具有完整基極一發射極的性能優良的固定延時光電耦合器件，具有高轉換速率、高溫等特性。該器件主要特性如下：電流轉換率：500％：隔離電壓：2500Vrms(min)；發射-接收電壓：55 V(min)；泄漏電流：10μA(max)(Ta=85℃)。
改進后的并行數據接口原理圖(接收部分)如圖2所示。同理，驅動電路中的74HC245由54LS-244替代，并由74LS01和54LS04協助完成邏輯功能。發送設備部分也做同樣改進。在原有設計電路中，正是因為地線的交流阻抗特性，使得地線成了電路中最大的噪聲源。造成地線干擾是由于地線中存在阻抗，當電流流過地線時，產生電壓，造成地線噪聲。在地線噪聲的驅動下，產生地線環路電流，形成地環路干擾。由于發送設備和接收設備共用一段地線。因此會形成公共阻抗耦合。采用光電隔離器TLP2523-4對發送設備和接收設備進行電氣隔離，大大減小了交流阻抗，從而增大傳輸電流，有效抑制地線噪聲。同時由于采用了54LS244，總線驅動能力得到了保障。傳輸中使用帶雙絞線結構的扁平電纜，這種電纜對靜電干擾和空間電磁干擾也能起到非常好的抑制作用。
4 結束語
實驗證明，改進后的設計電路，總線驅動能力增強，干擾和畸變得到明顯改善。電氣隔離電纜兩側電路是抑制干擾的理想辦法，明顯提高了傳輸的準確性。但因為光耦合器是單向傳輸器件，最終隔離的結果是全雙工信道，而并行全雙工信道的長線傳輸方案因技術、器件、線路成本等因素而很少在工程上應用。因此，要求長距離數據通信或高數據傳輸速度時，基于電纜特性及上述傳輸方式的局限性，需采用其他適合的數據通信方式。