Почему SpaceWire был разработан с девятью проводами?

Я только что узнал о SpaceWire в этом замечательном ответе о вращающемся электрическом соединении с контактным кольцом между его солнечной панелью и прикрепленными приборами для наведения на солнце, а также корпусом корабля с его приборами для наведения на Землю.

Статья в Википедии предполагает, что у SpaceWire должно быть девять проводников; дифференциальные пары для входа данных, выхода данных, входа строба, выхода строба и одиночного заземления.

Похоже, что в SpaceWire было вложено много усилий, и кажется, что он был разработан специально для космических приложений.

В то время как Ethernet использует один коаксиальный кабель или (обычно экранированную) витую пару, SpaceWire использует девять проводников. Иногда вес проводов считают небольшим, но существенным фактором минимизации веса космического корабля. Почему девять проводов считались оптимальными?

Кабель с девятью жилами может иметь меньший вес на единицу длины, чем коаксиальный кабель.
Обратите внимание, что современный Ethernet передает по кабелю Cat5 или Cat6, который имеет 8 проводников. Было бы 9, если бы было желание найти общий язык. Конечно, он использует провода совсем не так, как их использует SpaceWire.
@CortAmmon выглядит так, будто я вышел на орбиту и вместо этого узнал больше об Ethernet!

Ответы (2)

Ethernet использует 2 или 4 пары проводов (2 пары для более низких скоростей: по 1 паре в каждом направлении; 4 пары для гигабитного Ethernet). SpaceWire использует кодирование Data Strobe для повышения надежности: вместо отправки одного сигнала на бит, DSE отправляет 2 сигнала (данные и Strobe) по 2 парам проводов.

Они обладают тем свойством, что Data или Strobe изменяют свое логическое значение за один такт, но никогда оба одновременно. Это позволяет легко восстанавливать тактовую частоту с хорошей устойчивостью к джиттеру путем операции XOR между двумя значениями сигнальных линий.

Это делает ссылку более надежной :

Причина использования DS-кодирования состоит в том, чтобы повысить устойчивость к перекосу почти до 1-битного времени по сравнению с 0,5-битным временем для кодирования простых данных и часов.

Компромисс между витой парой и коаксиальным кабелем сложен. Витая пара проста и дешева, коаксиальный кабель может передавать на более высоких частотах, но его сложнее использовать (вы должны правильно терминировать его, чтобы получить пригодные для использования характеристики кабеля, он менее устойчив к изгибам, чем витая пара).

Коаксиальные линии сложнее соединить через токосъемное кольцо, потому что коаксиальный кабель зависит от точных свойств изоляции между основным проводником и экраном.

Spacewire использует дифференциальную сигнализацию : это означает , что оба провода пары несут переменное напряжение. Если вы хотите добавить экранирование (а вы это делаете), вам нужен еще один пин на разъемах, это 9-й пин. Дифференциальная сигнализация — это еще один метод, используемый для обеспечения высокой надежности и высокой скорости передачи по каналам с витой парой.

Для достижения наилучших результатов витые пары также должны быть терминированы.
Я ошибаюсь в том, что Ethernet может (или, по крайней мере, может) передаваться в обоих направлениях по одному коаксиальному кабелю или одной витой паре, или просто раскрывает мой возраст? :)
Коаксиальный кабель был вариантом для 10T, но по мере роста скорости стандарт Ethernet менялся. 100T и 1000T (также известные как GigE) могут передаваться только по витым парам (или оптоволокну). У них нет коаксиального варианта.
@CortAmmon Извините, двойная проверка «... двунаправленно по одному ...»
@uhoh Мне пришлось провести небольшое исследование. 10BASE-T и 100BASE-T используют 2 пары (4 проводника). 1000BASE-T использует все 8 проводников. Достаточно интересно, что был 100BASE-T1, который использовал PAM для двунаправленной передачи данных на короткие расстояния по одной витой паре. Он предназначался для автомобильной промышленности. Я никогда не знал этого, пока не проверил, так что спасибо!
@CortAmmon здорово! Пока я немного побивался в обмене стеками электроники, я получил очень полезный ответ о самых ранних формах Ethernet. Однако 100BASE-T1 там не упоминался (пока). редактировать: теперь это было упомянуто .
"вам нужна отдельная ссылка на землю" - это неправильно. Прелесть дифференциальной сигнализации в том, что вам не нужна земля. (см., например, Ethernet работает и по неэкранированным кабелям)
фиксированный, 9-й контакт используется для экранирования.
Дифференциальная сигнализация может не работать, если разность потенциалов между локальными заземлениями передатчика и приемника слишком велика. При добавлении гальванической развязки возможны большие разности потенциалов.

9 — довольно простой выбор, учитывая необходимые вам функции:

  1. все сигналы должны быть дифференциальными
  2. вам нужна одна линия данных для каждого направления
  3. вам нужно транспортировать часы вместе с данными
  4. экран (GND) для всей сборки

о 1) Дифференциальные данные имеют преимущества перед несимметричными сигналами - они подавляют влияние внешнего шума, который попадает в провод. В некоторой степени этого можно достичь и с помощью коаксиального кабеля.

о 3) Есть способы восстановить часы из линии данных, но это усложняет прием (и отправку) данных по отношению к электронике, необходимой с обеих сторон (кодировщик данных, восстановление часов...).