Рабочий диапазон асинхронного приемника

Рабочий диапазон приемника зависит от расхождения скорости принимаемого битового потока и частоты внутреннего генератора скорости. Если окажется, что скорость отправки данных передатчиком слишком медленная или слишком большая или частота генератора скорости существенно отличается от базовой частоты внешнего источника, приемник не сможет засинхронизировать посылку к старт-биту.

Ниже приведены выражения, позволяющие вычислить соотношения скорости входящих данных и частоты генератора скорости.

R_SLOW = (D + 1) · S/(S - 1 + D · S + SF)

R_FAST = (D + 2) · S/((D + 1) · S + SM)

D	Общее количество бит данных и бита паритета (D = 5…10 бит).
S	Количество выборок каждого бита. S = 16 в режиме нормальной скорости и S = 8 в режиме удвоенной скорости.
SF	Номер первой выборки, участвующей в мажоритарном голосовании. SF = 8 в режиме нормальной скорости и SF = 4 в режиме удвоенной скорости.
SM	Номер центральной выборки, участвующей в мажоритарном голосовании. SM = 9 в режиме нормальной скорости и SM = 5 в режиме удвоенной скорости.
RSLOW	Отношение наименьшей скорости входящего битового потока к частоте генератора скорости приемника
RFAST	Отношение наибольшей скорости входящего битового потока к частоте генератора скорости приемника

В таблицах 21.3 и 21.4 приведены значения максимально-допустимых значений разброса скорости в приемнике. В нормальном режиме работе допускается более широкий разброс скорости.

Таблица 21.3. Рекомендованный максимальный разброс скорости приемника в режиме нормальной скорости (CLK2X = 0)

D (количество бит: данные + паритет)	RSLOW [%]	RFAST [%]	Общий разброс скорости [%]	Рекомендованный максимальный разброс скорости приемника [%]
	93.20	106.67	+6.67/-6.80	±3.0
	94.12	105.79	+5.79/-5.88	±2.5
	94.81	105.11	+5.11/-5.19	±2.0
	95.36	104.58	+4.58/-4.54	±2.0
	95.81	104.14	+4.14/-4.19	±1.5
	96.17	103.78	+3.78/-3.83	±1.5

Таблица 21.3. Рекомендованный максимальный разброс скорости приемника в режиме удвоенной скорости (CLK2X = 1)

D (количество бит: данные + паритет)	RSLOW [%]	RFAST [%]	Общий разброс скорости [%]	Рекомендованный максимальный разброс скорости приемника [%]
	94.12	105.66	+5.56/-5.88	±2.5
	94.92	104.92	+4.92/-5.08	±2.0
	95.52	104.35	+4.35/-4.48	±1.5
	96.00	103.90	+3.90/-4.00	±1.5
	96.39	103.53	+3.53/-3.61	±1.5
	96.70	103.23	+3.23/-3.30	±1.0

Рекомендованные значения определены из расчета, что приемник и передатчик равным образом делят общий разброс скорости. Сформировать разброс скорости у приемника могут два источника. Во-первых, частота синхронизации приемника всегда имеет некоторую нестабильность. Во-вторых, генератор скорости не всегда обеспечивает требуемую точность деления точности и, в результате, итоговая частота несколько отличается от желаемой. Таким образом, при выборе значений BSEL и BSCALE необходимо стремится к достижению как можно более меньших значений разброса.

Дробная генерация скорости

В асинхронном режиме, благодаря тому, что каждая посылка эквивалента сравнительно большому числу циклов синхронизации (т.е. выборок), возможна дробная генерация скорости. Выборка каждого бита выполняется 16 раз, однако в расчет берутся только центральные выборки. Таким образом, в каждом бите просматривается некоторая избыточность. Общее количество выборок для одной посылки то же достаточно большое. Например, в режиме с нормальной скоростью при использовании посылок, состоящей из одного старт-бита, восьми бит данных и одного стоп-бита, общее количество выборок равно (1+8+1)*16 = 160. Ранее уже отмечалось, что UART допускает варьирование интервалов времени между выборками. Критический фактор - интервал времени с момента появления падающего фронта старт-бита (т.е. начала процедуры синхронизации) и до восстановления значения последнего бита (т.е. первого стоп-бита).

Стандартные генераторы скорости обладают очень серьезным недостатком: у них слишком большой интервал приращения при настройке больших скоростей. Наибольшее приращение имеет место между значениями BSEL 0x000 и 0x001. Переход со значения BSEL = 0x000, при котором 10-битная посылка эквивалентна 160 выборкам, к значению BSEL = 0x001 (320 выборок) приводит 50%-му изменению частоты. Однако при увеличении значений BSEL интервал приращения частоты быстро сокращается. В идеале, шаг приращения частоты должен оставаться небольшим даже при выборе больших скоростей. Такое преимущество дает дробная генерация скорости.

Принцип действия дробного генератора основан на не постоянстве счетной последовательности и на равномерном перераспределении разброса по всей посылке. Обычный генератор скорости использует фиксированную последовательность счета:

2, 1, 0, 2, 1, 0, 2, 1, 0, 2, …

с постоянным периодом. Период выходного сигнала генератора скорости равен интервалу времени между достижением счетчиком нулевых значений. Выборка принимаемого сигнала на выводе RXD выполняется с такой же периодичностью. У дробного генератора скорости период сигнала непостоянен:

2, 1, 0, 3, 2, 1, 0, 2, 1, 0, 3, 2, …

В данном примере каждая вторая счетная последовательность увеличена на единицу. В результате, сигнал на выходе генератора скорости является дрожащим, но зато среднее значение его периода увеличено на величину 0.5 цикла синхронизации.

Таким образом, дробная генерация скорости позволяет снизить шаг приращения настроек скорости. Наихудший случай имеет место, когда масштабирующий коэффициент равен -1. В этом случае происходит переход от 160 к 240 выборкам 10-битной посылки (без дробной генерации переход происходил от 160 к 320). Чем больше по модулю отрицательное значение масштабирующего коэффициента, тем более плавно изменяется скорость. Максимальное значение коэффициента масштабирования ограничено. Значение 2BSCALE должно быть как минимум в 2 раза меньше длительности посылки, выраженной в количестве циклов синхронизации. Например, минимальная длительность 10-битной посылки 160 циклов синхронизации. Это означает, что предельное значение коэффициента масштабирования равно -6 (2^-6 = 64 < 160/2 = 80). С увеличением настройки BSEL значение масштабирующего коэффициента также увеличивается.