Thành phần phần cứng là một bộ điều khiển có chức năng điều khiển thu phát hồng ngoại. Bộ điều khiển này có giao diện cho phép trao đổi thông tin đáng tin cậy giữa các tầng trên của mô hình và máy phát hoặc máy thu.
Có bốn loại thu phát khác nhau được định nghĩa bởi các giao thức IrDA. Chúng là kết quả của sự phát triển của giao thức, và vì lý do này, mỗi loại trong số chúng hỗ trợ một tốc độ khác nhau
Thu phát nhanh hơn yêu cầu một bộ điều khiển phức tạp hơn so với các cùng loại của chúng có tốc độ thấp. Tên của các bộ thu phát khác nhau là :
o SIR: chuẩn hồng ngoại (tốc độ thấp) Trình điều khiển của nó thực hiện đóng khung riêng của mình và gán byte để điều khiển mà từ đó các byte có thể được truyền tải bộ mã hóa.
o MIR: hồng ngoại trung bình (tốc độ trung bình) bộ điều khiển của nó sử dụng truy cập bộ nhớ trực tiếp (DMA) để điều khiển các bộ mã hóa /giải mã, đóng khung, và di chuyển một lượng lớn dữ liệu chưa qua xử lý
o FIR: hồng ngoại nhanh (tốc độ cao) điều khiển của nó sử dụng một DMA như trong thu phát MIR.
o VFIR: hồng ngoại rất nhanh (tốc độ cao) bộ điều khiển của nó sử dụng một DMA như trong thu phát MIR.
Lưu ý rằng vị trí (vị trí vật lý) bộ thu phát hồng ngoại không được xác định theo tiêu chuẩn nào cả. Đây là lý do tại sao các thiết bị điện tử như điện thoại di động, PDA, và máy tính xách tay có cổng hồng ngoại nằm ở vị trí khác nhau. Điều này có thể do thực tế là, các đặc điểm của các thành phần lớp vật lý trong các tính toán của FOV, công suất phát, khoảng cách các thiết bị phải được dễ dàng để sử dụng dù cổng trong thiết bị ở bất kể vị trí nào. Tuy nhiên, điều này không phải luôn luôn như vậy. Cổng hồng ngoại đôi khi được đặt tại các địa điểm gây khó khăn cho người sử dụng để sử dụng tính năng “ point-and-shoot“của các thiết bị IR. Việc gắn kết của bộ thu phát trong quá trình sản xuất cũng rất quan trọng cho các hoạt động chính xác của một thiết bị hồng ngoại không dây. Nếu các thành phần không nằm ở đúng vị trí, nó có thể bị biến dạng chùm tia truyền, suy giảm chất lượng của giao tiếp. Các thiết bị IrDA kết hợp thu phát sử dụng một cửa sổ bảo vệ ở phía trước chúng. Cửa sổ này cũng được
quy định bởi các tiêu chuẩn IrDA vì nó không chỉ cung cấp khả năng bảo vệ vật lý cho các thành phần mà cũng hoạt động như một bộ lọc quang với bước sóng từ 850 và 900 nm. Vì vậy, để phù hợp với IrDA, khi thiết kế hệ thống cần tính toán thêm 20% tổn thất điện năng. Hình dạng và vị trí của cửa sổ mềm là rất quan trọng cho việc truyền tải và phát hiện các chùm tia hồng ngoại. Nếu cửa sổ không phải là hoàn toàn vuông góc với trục của các chùm tia truyền /nhận, hoặc nếu cửa sổ bị uốn cong, nó có thể truyền chệch tia IR một cách không mong muốn. Tác động tổng thể như vậy nên các cửa sổ thu phát hồng ngoại so với vị trí phát ra tia hồng ngoại ít nhất là 15°, theo quy định của tiêu chuẩn lớp vật lý. Nó cũng cần là cửa sổ hoàn toàn bằng phẳng vì lõm hoặc lồi thì cửa sổ sẽ có tác dụng như phân kỳ hoặc chuẩn trực chùm tia bức xạ hồng ngoại.
2.7.4 Các vấn đề khác liên quan đến lớp vật lý
Đối với các đặc điểm của cấu hình được xác định bởi các IrDA, giao thức được dựa trên một cấu trúc liên kết điểm-điểm (mặc dù IrLAP có thể được sử dụng cho giao tiếp kết nối điểm-đa điểm) được thực hiện bằng một chùm tia phát xạ có hướng và nhiều (FOV) tầm nhìn hẹp ở máy thu. Cấu hình này là đường truyền thẳng và trực tiếp. Kết nối đa điểm tới đa điểm hiện chưa có. So với một hệ thống có dây sử dụng Carrier Sense Multiple Access /Collision Avoidance (CSMA/CA) để phát hiện và tránh xung đột dữ liệu, giao thức IrDA không chỉ định một hệ thống phát hiện xung đột. Tránh xung đột có thể đạt được bằng cách xem xét người dùng kiểm soát không gian vật lý được chiếu sáng bởi các thiết bị IrDA. Không gian vật lý này cũng được xác định bởi phạm vi và góc độ phát xạ của bộ thu phát hồng ngoại. Do đó, nó có thể giả định rằng không gian này chỉ được sử dụng bởi thiết bị chính (và có thể một vài thiêt bị phụ). Các tia phát xạ hẹp được xác định bởi các đặc điểm kỹ thuật lớp vật lý IrDA được tạo ra bởi hoạt động LED ở phía gần hồng ngoại của quang phổ tại 880nm với một góc phát xạ trong khoảng = 15° và = 30° đối với trục chính. Như đã đề cập ở trên, điều này cũng được xác định góc phát xạ cho phép tái sử dụng không gian và tránh xung đột dữ liệu. Khoảng cách phát xạ của liên kết không dây IR theo quy định của các IrDA là 1 mét. Phạm vi này không chỉ tiếp tục hỗ trợ tránh xung đột dữ liệu và tái sử dụng không gian, mà còn phản ánh thực tế là hiệu quả năng lượng đã được tính đến khi xác định giao thức (tăng tiêu thụ điện với bình phương của khoảng cách truyền dẫn).
Hình 2.8 minh họa các đặc điểm của đèn LED theo quy định của các IrDA. Nó chứa thông tin về các góc của chùm tia phát xạ tối thiểu và tối đa cũng như phạm vi chấp nhận được của bước sóng và công suất phát xạ tối đa cho phép.
Hình 2.8 Đặc tính quang học của máy thu phát hồng ngoại
Mức độ giới hạn năng lượng của các thiết bị có liên quan đến góc độ phát xạ của nó. Các giới hạn năng lượng được đưa ra trong điều kiện bức xạ được định nghĩa là năng lượng mỗi đơn vị góc phát xạ. Năng lượng tối đa cho phép theo quy định của IrDA cho các máy phát là 500mW/sr. Nếu máy phát phát ra năng lượng với cường độ điện vượt quá giá trị tối đa này, năng lượng truyền có thể bão hòa bộ tách sóng quang ở cự ly gần. Ngoài ra còn có mức cường độ phát xạ tối thiểu theo tiêu chuẩn quy định. Định nghĩa của giá trị tối thiểu này là giá trị cần thiết để đảm bảo rằng trong phạm vi tối đa có thể đạt được, các tín hiệu có thể được nhận bởi diode tách sóng quang. Trái ngược với cường độ năng lượng lượng tối đa, như đã đề cập ở trên phụ thuộc vào góc độ phát xạ, giá trị cường độ tối thiểu phụ thuộc vào các phiên bản của bộ thu phát (có thể là "điện năng thấp" hoặc "tiêu chuẩn") và chương trình mã hóa được sử dụng. Mức thu phát năng lượng thấp cần thiết là 3,6mW/sr tại tiêu chuẩn tốc độ IR. Đối với tốc độ cao hơn (MIR, FIR, và VIR), cường độ phát xạ xạ tối thiểu là 9mW/sr. Thu phát tiêu chuẩn cần cường độ tín hiệu tối thiểu lớn hơn so với các phiên bản năng lượng thấp của nó. Cường độ tối thiểu quy định cho các tiêu chuẩn thu phát tốc độ (thấp) là 40mW/sr. Và là 100mW/sr cho phần tốc độ còn lại. Cường độ tín hiệu tối thiểu và tối đa ở máy phát được tóm tắt trong bảng
Phần phát và tốc độ Dạng năng lượng Giới hạn tối thiểu Giới hạn tối đa Phát SIR Năng lượng thấp 3.6 mW/sr 500 mW/sr
Phát SIR Trung bình 40 mW/sr 500 mW/sr
PhátMIR,FIR,VFIR Năng lượng thấp 9 mW/sr 500 mW/sr PhátMIR,FIR,VFIR Trung bình 100 mW/sr 500 mW/sr Thu SIR Năng lượng thấp 9 mW/cm 500 mW/cm
Thu MIR,FIR,VFIR Năng lượng thấp 22,5 mW/cm 500 mW/cm Thu MIR,FIR,VFIR Trung bình 10 mW/cm 500 mW/cm
Bảng 2.3 Cường độ tín hiệu tối thiểu và tối đa và Irradiances cho máy phát và nhận IrDA-Based
Liên quan đến sự gia tăng và thời gian suy giảm dành cho các máy phát được xác định bởi IrDA, các giới hạn này phụ thuộc vào tốc độ của thiết bị. Với IR chậm, sự gia tăng và thời gian suy giảm phải tối đa là 600ns, trong khi IR trung bình và nhanh, giá trị tối đa là 40ns. Đối với IR rất nhanh, tăng và giảm thời gian được xác định bằng 19ns. IrDA cũng xác định giới hạn các giá trị vượt ngưỡng của máy phát. Tiêu chuẩn thiết lập tỷ lệ phần trăm vượt qua ngưỡng năng lượng phát xạ quang học không được vượt quá 25% giá trị phát xạ cao trung bình. Giới hạn này áp dụng cho tất cả các cơ chế mã hóa.
Giá trị góc của chùm tia phát quy định cho các đèn LED hồng ngoại cũng khác với giá trị thực. Trong thực tế, giá trị này có thể nằm trong khoảng từ 20° đến 25° (một nửa góc), so với góc phát =30° theo quy định của giao thức. Trong trường hợp này, vỏ sản xuất và vị trí các thành phần bên trong là nguyên nhân cho sự thay đổi. Một giá trị khác trong những quy định của giao thức là bước sóng dài. Trong khi tiêu chuẩn định nghĩa một bước sóng phát xạ là 880nm thì giá trị thực có thể nằm trong khoảng 850- 900nm.
Khi đầu phát của một bộ thu phát hồng ngoại được kích hoạt và dữ liệu đang được truyền đi, phía thu của bộ thu phát bị vô hiệu hoá. Một khi máy phát đã hoàn tất việc gửi dữ liệu, bộ tách sóng sẽ hoạt động. Máy thu đòi hỏi một thời gian để ổn định trạng thái bình thường với độ nhạy cao. Thời gian trôi đi này thường được gọi là độ trễ nhận và nó được định nghĩa là thời gian trễ giữa một sự thay đổi concentration đầu vào và mức độ đầu ra đạt 95% giá trị cuối cùng của nó.
Các tiêu chuẩn xác định bởi giao thức IrDA cho độ trễ nhận được là 0,5ms cho trung bình, và tốc độ hồng ngoại nhanh ở mức điện năng thấp,10ms cho SIR, MIR, và tốc độ FIR giới hạn tiêu chuẩn. Giá trị độ trễ ở phía thu nhỏ hơn cho IR tốc độ rất nhanh, cho các tùy chọn điện năng thấp và tiêu chuẩn có giá trị là 0,1ms. Lý do bộ thu phát và bộ tách sóng hoạt động tại một thời điểm là để tránh nhiễu từ các thiết bị tương tự. Nếu cả hai bộ truyền và nhận của một thu phát hồng ngoại hoạt động cùng một lúc,
năng lượng phát xạ ra bởi máy phát có thể được phát hiện bởi bộ tách sóng. Điều này làm cho nó cần thiết phải tắt một thiết bị khi được kích hoạt. Chế độ hoạt động mà truyền và nhận không xảy ra cùng một lúc được gọi là nửa song công. Nếu, cả hai bộ truyền và người nhận đều đang hoạt động cùng một lúc và được phép hoạt động đồng thời, hoạt động được phân loại là song công hoàn toàn.
Các cơ chế điển hình được sử dụng để giảm hoặc loại bỏ năng lượng không mong muốn cũng đã được nghiên cứu. Bởi vì các thiết bị IrDA thường được sử dụng ở những nơi tiếp xúc với ánh sáng nền không mong muốn, giao thức IrDA xác định các
đặc điểm và mức độ chiếu sáng nền tối thiểu mà tại đó thu phát có khả năng hoạt động. Các cấp độ chiếu sáng tối đa được tạo ra bởi các nguồn khác nhau có thể được truyền tại cổng quang mà không có nguy cơ bị gián đoạn liên kết truyền thông là :
− Ánh sáng đèn dây tóc: tối đa 1 kilolux
− Ánh sáng đèn huỳnh quang: tối đa 1 kilolux
− Ánh sáng mặt trời: tối đa 10 kilolux
− Điện từ trường: tối đa 3 volt / mét
IrDA cũng quy định một tỷ lệ bit lỗi tối đa (BER). BER này đại diện cho số lượng các lỗi xảy ra trong hệ thống khi truyền các bit. BER tối đa được xác định bởi IrDA là 10-8. Điều này ngụ ý rằng đối với khoảng cách tối đa trong điều kiện ánh sáng điển hình, liên kết không được truyền tải nhiều hơn một lỗi bit trong 100.000.000 bit, bất kể các chương trình mã hóa được sử dụng. Ngoài ra còn có một số các thông số được xác định bởi các tiêu chuẩn IrDA cho máy thu của nó. Hai trong số các thông số này là bức xạ tối thiểu và tối đa ở phía thu để đạt được chất lượng tốt khi truyền thông tin và tránh sự phá vỡ các liên kết. Độ sáng tối thiểu được thiết lập để đảm bảo rằng các tín hiệu vẫn nhận được ở khoảng cách tối đa được xác định bởi giao thức ngay cả khi truyền với cường độ tối thiểu. Độ sáng tối đa đã được xác định để đảm bảo rằng các bộ tách sóng không bão hòa khi hoạt động ở khoảng cách ngắn từ máy phát hoặc khi bộ phát truyền với cường độ tối đa. Bức xạ tối đa được xác định bởi giao thức IrDA là 500mW/cm2, trong khi giá trị bức xạ tối thiểu phụ thuộc vào tốc độ truyền dẫn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các giá trị được thiết lập bởi các giao thức cho bức xạ tối thiểu cho IR máy thu tiêu chuẩn là 4 mW/cm2 và 10 μW/cm2 cho máy thu IR tốc độ cao. Đối các phiên bản năng lượng thấp của máy thu, các giá trị là 9 mW/cm2 cho hồng ngoại chuẩn và 22,5 W/cm2 cho máy thu hồng ngoại tốc độ cao. Nó phải tính toán khoảng cách tối đa được xác định cho thu phát công suất thấp là rất nhỏ so với phiên bản tiêu chuẩn (20cm so với 1m), điều này giải thích lý do tại sao thu phát điện tiêu chuẩn có một giới hạn bức xạ tối thấp hơn. Đối với góc của máy thu, giá trị (FOV) tầm nhìn tối thiểu dựa trên các tiêu chuẩn IrDA mà máy thu nhận được phải là =15°. Giá trị tối thiểu này được thiết lập để đảm bảo rằng các liên kết không bị ảnh hưởng từ những vấn đề liên kết. Trong thực tế, thu phát hồng ngoại có một FOV lớn hơn do thực tế là họ sử dụng bán bán cầu tập trung.
Các tiêu chuẩn IrDA cũng xác định một số đặc điểm liên quan đến các chương trình mã hóa được sử dụng trên các máy thu phát (và bởi các thiết bị dựa trên các tiêu chuẩn IrDA) ở các tốc độ khác nhau. Những đặc điểm này bao gồm tốc độ dữ liệu và các đề án điều chế. Trong trường hợp các tiêu chuẩn IR, tốc độ dữ liệu có sẵn là 2,4, 9,6, 19,2, 38,4, 57,6, và 115,2 kbps. Đề án điều chế được sử dụng tại tốc độ thấp bao gồm định tuyến byte thông tin thu được từ một máy phát không đồng bộ tương thích phổ biến ở máy thu là 16.550 (UART) thông qua một bộ mã hóa truyền IR đảo ngược các bit dữ liệu, tạo ra một tin hiệu trở về không (RZ) (trong trường hợp này, bằng 3/16
chiều rộng dữ liệu bit), và bổ sung thêm các bit bắt đầu và kết thúc chuỗi 8 bit ("0" để chỉ bắt đầu và "1" để chỉ kết thúc). Thông tin được gửi từ đó đến trình điều khiển máy phát và nguồn bức xạ, các xung ánh sáng được tạo ra bằng cách sử dụng IM.
Đối với tốc độ hồng ngoại trung bình là 0,576 Mbps và 1,152 Mbps, sơ đồ điều chế là hơi khác nhau.Trong trường hợp này, các byte thu được từ máy thu phát không đồng bộ (UART) và chuyển đổi tới một bộ mã hóa truyền IR đó, thay vì tạo ra các bit rộng bằng 3/16 lần bit dữ liệu, tạo ra các bit mã hóa chiều rộng bằng 1/4 lần các bit dữ liệu.
Tốc độ dữ liệu trong hồng ngoại rất nhanh là 4 Mbps. Đối với tốc độ này, kiểu điều chế được mô tả bởi IrDA là điều chế vị trí xung (PPM), hoạt động theo một cách khác và có độ phức tạp cao hơn so với đề án điều chế làm việc của SIR và các phiên bản MIR. PPM là một chương trình điều chế, trong đó các vị trí thời gian của các xung khác nhau theo đặc tính của tín hiệu điều chỉnh. Trong trường hợp của các tiêu chuẩn IrDA, chiều rộng của các xung được quy định cụ thể là 125ns. Độ rộng xung hẹp này là cần thiết để cung cấp tốc độ dữ liệu cần thiết thông qua PPM. Vị trí của xung có thể