Здравствуйте, уважаемые форумчане!
Пришла в голову идея разработать высокоскоростной однопроводный интерфейс, передающий и часы, и данные от мастера к слэйву по одной витой паре RS-485 со со скоростью до 20 МБит/сек (12,5 МБит/сек в номинале). Сразу оговорюсь: у слэйва нет тактового генератора!
Возможно, что-либо подобное уже есть или кто-либо такой интерфей уже разрабатывал, тогда прошу поделиться знаниями или опытом.
У меня уже есть пара вариантов, как это сделать, но они пока вызывают сомнения в плане надёжности.
И ещё детали: мастер - SpartanII с тактовым генератором 50 МГц, слэйв - XC9572 без тактового генератора, RS-485 - MAX3062.
Буду премного благодарен, если поможете решить эту хитрую задачку!

грубо говоря телевизеру от антенны приходят частоты и повыше, но... коаксиал. контраргумент - хорошая витая пара тоже в экране. впринципе, передать такой сигнал по обычному проводу не проблема, но вопрос помехозащищенности и предельной длины выходят на первый план. хотелось бы услышать подробней чего хочеца.

както на приемном конце немного ресурсов нехватает.
В голову пришла одна идейка с методом похожим на методы советских инженегров.
Метод решения полуаналоговый. Если на приемном конце, к линии подцепить чтото наподобие интегратора с постоянной времени порядка периода тактовой. на него подавать принятый сигнал. В сигнале менять скважность.
В результате к следующему такту на выходе интегратора будет 0 или 1. Сам неискаженный сигнал из линии подавать на тактовый вход.
Не очень красиво но может получиться.

Стык согласно ГОСТ 18977-79 не требует на приемном конце тактового генератора, реализуется элементарно на рассыпухе... Но насчет таких скоростей - есть сомнения, он в номинале работает на 100 кбит.

Телесигнал не в счёт, в видеоимпульс встроить синхросигнал не проблема. В моём случае - чистая цифра, встроить синхроимпульсы без серьёзного снижения скорости намного сложнее. Хочется именно узнать, как наиболее эффективней слить в единый цифровой поток часы и данные в мастере, а затем их наиболее достоверно растащить в слэйве без существенного снижения скорости передачи полезной информации.

Вы почти угадали пока самое близкое к идеалу из моих решений:
Кодируем 0 скважностью 1/4, 1 - скважностью 3/4, разделяя соседние "биты" импульсами со скважностью 1/2 (для наглядности при отладке). На слэйве по переднему фронту T-триггером выделяем синхроимпульсы и задерживаем их на четверть периода. Данные считываем из входного потока по положительному фронту синхроимпульсов. Для наглядности надо было бы временные диаграммы нарисовать, но сейчас некогда, да и алгоритм нехитрый, можно и без них понять.
Сомнительным элементом является задержка на 1/4 периода, которая при максимальной скорости составит 100 нс. Чем её наиболее точно реализовать? На логических элементах - стрёмно, RC-цепочкой - неточно, ЛЗ в схеме пока не предусмотрена. Какие идеи?

Доработал интерфейс на идейном уровне:
Так как всё равно внутри ПЛИС XC9572XL работаю только по положительному фронту, решил выбросить T-триггер (он только создаёт дополнительную погрешность в задержке сигнала и уменьшает скорость интерфейса в два раза). Описанный в верхнем посте цифровой поток корректирую, выбрасываю пустые импульсы со скважностью 1/2, и подаю на входы ПЛИС без задержки и с задержкой 180°. Данные выделяю по положительному фронту задержанного сигнала.
В качестве ЛЗ пока буду использовать LC-цепочку, а в профессиональном исполнении - ЦЛЗ. Для повышения надёжности можно изменить скважность ценою снижения скорости.
При скважностях 1/4 для 0 и 3/4 для 1 скорость такого интерфейса может достигнуть 5 Мбит/сек на максимальной скорости MAX3062, но учитывая передачу фронта часов информативная скорость будет вдвое выше. Если всё гладко получится, то, по-моему - неплохо, но интуиция мне подсказывает, что я сейчас велосипед изобретаю!
Неужели такого никто ещё не делал? Поиск в Google мне пока не дал ответа на этот вопрос!

а зачем нужен такой геморрой?

Это не "геморрой", а "находка" для сверхмалошумящих устройств (СМШУ) ВЧ и СВЧ. По-хорошему, такое надо патентовать и наухавить, но уверен, что такое уже существует, просто Google привык замечать ширпотреб, а узкоспециализированные решения не замечает...
...Всё дело в том, что в СМШУ и синтезаторах тактовый генератор создаёт ненужные наводки и биения (даже если выход последнего отключен от входа синхронизации), а так как ими иногда приходится управлять на приличном расстоянии, интерфейс неизбежен. Выхода 2: передавать SDATA, SCLK и SEN по трём витым парам или всё это "сжать" в одну витую пару. Когда речь идёт о двухкратном-трёхкратном резервировании контактов на разъёмах управляющего устройства и объектов управления, которых может быть несколько десятков, и минимизации размеров аппаратуры, выглядит весьма актуально. А так как архивысокая скорость интерфейса не нужна, последнее решение кажется оптимальным.

Да все это есть. Присмотритесь повнимательней не физическом уровне к USB, SATA, ETHERNET. Читайте литературу по кодированию и передаче информации.

Чегооо? Вы с электроникой современной вообще знакомы? Как Ethernet к примеру решает проблемы высокоскоростной передачи при помехах, как ATM работает...

А про езернет сказали, ну, повторенье - мать ученья.


если каша не по вкусу, то есть ее не надо.

Вам тоже стоит присмотреться повнимательней к теме. Ещё в первом посте я сразу сказал: у слэйва нет тактового генератора!
Насчёт SATA не вкурсе (это короткий и ненадёжный интерфейс, он меня не интересует), а USB и ETHERNET, равно как и классический RS-485 требуют наличия у слэйва тактового генератора.

Не хотелось на такое отвечать, но по ходу - Вы не в теме и суть разработки не понимаете или игнорируете...
Что Вы имеете ввиду под современной электроникой, если компьютерную технику, то на PC мир клином не сошёлся! Кроме того, Ethernet - слишком громоздкий и неудобный для меня интерфейс: при скорости до 10 Гбит/сек имеет достаточно ощутимое время групповой задержки, для управления он неудобен и избыточен, по нему только потоки данных перегонять удобно, а мне иногда 8 бит вполне достаточно.
Физическую среду для интерфейса я уже выбрал: RS-485 и точка. Просьба ко Всем быть повнимательнее к сути задачи!

Неудачнее выбор было сложно сделать...

Если мастер и слейв в системе одни и расстояния между ними не сотни метров, то в качестве физической среды неплохо будет смотреться LVDS. Скорости можно достичь порядка 800 Мбит/сек(правда на небольших растояниях).

Вот мне тоже непонятно. Если "только одна витая пара" это не цель, а средство получить минимальные наводки, то почему выбран RS485 а не LVDS, у которого гораздо меньше размах сигнала?
Мне кажется, что стоит попробовать вернуться к двум парам, но LVDS и такое (кажется, в IEEE1394-ом используется)
По одной из линий передаются данные.
По второй - дополнительные перепады. Вот так

На приёме (D xor C) работает как DDR такт для D, только задержать нужно немножко (но «лишь бы за setup-hold выйти», а не нужная доля периода).
Количество любых перепадов на обеих линиях вместе в два раза меньше, чем у Вас сейчас на одной линии (один перепад на бит вместо двух). Соответственно падает энергия помех. Плюс LVDS не такой шумный, как RS485.

Если передача в одну сторону, может подойти M-II.
Самосинхронизирующийся код, можно обойтись вместо ТГ в приёмнике линией задержки на 3/4 периода.

И вообще, интерфейс у 485 как минимум 2-проводный, а в общем случае 3-х.

Если этот интерфейс передает клок для синтезаторов- то про пропускание клока через cpld лучше забыть- внутренний джиттер cpld убьет все. Поэтому аналоговый приемник, система селекции клока, а потом на cpld дешифратор интерфейса.
RS485 наверно не лучший выбор из-за аппаратной затяжки фронтов (для уменьшения импульсных помех и отражений)- затяжка фронтов приведет к росту джиттера клока. А вот попытаться применить хардверный интерфейс Эзернета, но использовать только одну линию и не реализовывать весь пакетный стек, а сделать простенький синхронный протокол- наверно можно попробовать.
Взять эзернетовскую PHY какую-небудь, запустить в режиме 100. Тогда на RXCLK будем иметь 25 МГц, которые восстановленны из клока передатчика. Их и использовать как опору. Только надо будет промерить весь тракт от передатчика до приемника на предмет джиттера и фазовых шумов, потому что для эзернета никто этим измерениями не заморачивался. Может быть прийдется проверить несколько разных PHY.
Кстати, в этом случае и ПЛИС ненужна- ставим на приме мелкий АРМ с эзернетом, АРМ будет синтезатором управлять спокойно. Тогда уж действительно проще полный эзернет поднять- все равно трансформатор двунаправленный будет. И можно организовать питание синтезатора по эзернету.

Вот ведь какая беда... PHY сам по себе, без тактирования не умеет работать...
А вообще тут обсуждается довольно интересный "прикол": как к дешевому "подойнику", привинтить еще и "корову". Причем хочется получить от "коровы молоко", а в дешевом подойнике нет "дна"... И все разговоры бесполезны, поскольку не указана длина линии связи. Если это 10 метров, так это одно, а если 200 метров? А затухание сигнала в линии? И вот тут сразу вспоминается - "по щучьему веленью идите биты в провод сами!!!"...
интересно более всего поведение топикстартера. На сколько же его хватит... Или это просто тролль...

А если научить?
Мы делали декодер манчестера на 10МГц из пары триггеров 530ТМ2, регистров 1533ИР31 и хитрой ЛЗ из 3-х катушек и компаратора

Ну вообще-то не "не умеет работать" а "не умеет передавать" А вот про прием неизвестно. Очень зависит от внутренностей и конкретной реализации PHY. Хотя наличие тактового генератора PHY в синтезаторе и может создать лишнюю "палку" на частоте, близкой к опорной, но на самом деле это может и не быть проблемой. А как эталон частоты этот генератор используется только на передачу, т.е только в возвратном канале, если он вообще будет реализован (в принцпе, однонаправленный эзернет реализовать ведь никто не запрещал).
100 эзернет тут принципиально важен- в отличие от 10 он передает синхроимпульсы между пакетами, поэтому восстановленный клок приемника сохраняет свою фазу и частоту даже в случае, когда пакеты не передаются. А 10 в этом случае потеряет фазу или вообще небудет клокового сигнала.

Хотелось бы ответить более обстоятельно по каждому предложенному варианту, но времени нет, поэтому объясню всё сразу.
Эта задачка возникла спонтанно при переходе в уже обкатанной схемы синтезаторов с частот до 3 ГГц на частоты до 8 ГГц.
До 3 ГГц я выключал выход тактового генератора, что помогало погасить биения между ним и ГОЧ до уровня -80-100 дБ, что было вполне преемлемо. Сейчас биения на частотах 6-8 ГГц выросли до -40-50 дБ, что может сказаться на характеристиках собираемого радиокомплекса. Выключать генератор - не выход, он запускается 10 мс, а у меня время перестройки синтезаторов должно быть не более 50 мкс (включая задержку интерфейса). Пришла в голову идея доработать интерфейс в уже имеющемся формате. Так что, и RS-485, и одна витая пара - это уже то, от чего приходится плясать.
Далее, оценив, что такая реализация совмещения часов, данных и сигнала разрешения вполне реальна, было решено разрабатывать интерфейс и для других управляемых СМШУ, где также недопустимо присутствие тактового генератора, а три витые пары создают дополнительные проблемы (ну, например, необходимость использования более громоздких разъёмов, бОльшая трудоёмкость сборки, бОльшая себестоимость и т.д.). Расстояния могут быть от 1 до 30 м в зависимости от вида и расположения СМШУ. Чем плох для этого RS-485 - до сих пор не понимаю? Разумеется, я не собираюсь по нему гнать опору для синтезаторов, она подводится отдельно по разъёму SMA "освинцованным" СВЧ-кабелем, как положено. Для других типов интерфейсов мне придётся городить бог знает что, да и неудобны они, ненадёжны. Длина большинства из них (USB, SATA) тоже оставляет желать большей. Драйвер RS-485 - недорогая крошечная микруха MAX3062 в корпусе SOT23-8.
В общем, с алгоритмом я уже почти определился в ранних постах, осталось только встроить ещё сигнал разрешения. Думаю использовать для этого первый отрицательный и последний положительный фронты посылки. Не определился пока с ЦЛЗ, если что-то крошечное и удобное (программируемое) посоветуете, буду очень благодарен.

Поскольку вы по одному каналу собрались передавать несколько различных команд в последовательном коде то в схеме обработки без тактового генератора не обойдетесь. Другое дело этот генератор может быть синхронизирован с каналом передачи.

1) А не поможет-ли SCLK растянуть по спектру (spread-spectrum), промодулировав псевдослучайной последовательностью?
В этом случае паразитная "палка" в спектре уменьшится.... Автоматически у Вас и SDATA "размажется"
2) Можно еще фронты сигналов "нагнуть" в дополение к 1)

Ясно. Это "что-то" называется data clocked state machine. Можно поискать в старых ieee. Только есть одна большая грабля- рассинхронизация приемника и передатчика из=за случайного просчета клока. Надо очень внимательно думать о схеме резета.