Kod CMI

Kod z inwersją znacznika (Coded Mark Inversion) zapewniający doskonałe właściwości odtwarzania zegara.

Wprowadzenie do Kodu CMI

Kod CMI (ang. Coded Mark Inversion) to rodzaj używanego w cyfrowych systemach transmisyjnych, szczególnie w szybkich łączach optycznych. Jego nazwa doskonale opisuje jego działanie:

Coded (Kodowany): Przekształca wejściowy strumień binarny w nowy, specyficzny przebieg falowy.
Mark (Znacznik): W terminologii telekomunikacyjnej „znacznik” (ang. mark) tradycyjnie oznacza logiczną „1”.
Inversion (Inwersja): Kluczową cechą kodu jest to, że polaryzacja reprezentująca „1” jest odwracana (podlega inwersji) dla każdej kolejno przesyłanej „1”.

CMI został zaprojektowany w celu połączenia zalet innych kodów, takich jak doskonałe właściwości synchronizacyjne i brak składowej stałej, co czyni go solidnym rozwiązaniem dla wysokowydajnych łączy.

Zasady Kodowania CMI

Algorytm CMI opiera się na dwuczęściowej regule, która zależy od tego, czy bit wejściowy to „0” czy „1”. Wykorzystuje sygnał bipolarny z trzema poziomami: dodatnim (+V), ujemnym (-V) i zerowym.

Reguła dla Logicznego '0'

Logiczne „0” jest zawsze kodowane jako przejście sygnału z poziomu ujemnego (-V) na dodatni (+V), występujące w połowie okresu bitowego ( $T$ ). Sygnał utrzymuje się na poziomie -V przez pierwszą połowę czasu trwania bitu i na poziomie +V przez drugą połowę. To gwarantowane przejście jest kluczowe dla odtwarzania zegara.

Reguła dla Logicznej '1' (Znacznika)

Logiczna „1” jest kodowana jako stały poziom napięcia utrzymywany przez cały okres bitowy ( $T$ ). Kluczowe jest to, że polaryzacja tego poziomu naprzemiennie się zmienia dla każdej kolejnej przesyłanej „1”. Na przykład:

Pierwsza „1” jest wysyłana jako +V.
Druga „1” jest wysyłana jako -V.
Trzecia „1” jest wysyłana ponownie jako +V, i tak dalej.

Interaktywny Kod CMI

Dane Binarne

Wprowadź sekwencję binarną (tylko 0 i 1)

Poziom Napięcia (V): 5V

Czas Trwania Bitu (ms): 1000ms

Polaryzacja pierwszej '1': +V

Aktualny Bit: 1

CMI: 0 → -V potem +V (przejście w połowie), 1 → poziom stały z naprzemienną polaryzacją

Składowa Stała

CMI:0.00V

Informacje Widmowe

Częstotliwość Zegarowa:1.00 Hz

Szerokość Pasma Głównego Listka:0 - 2.00 Hz

Analiza Właściwości Kodu CMI

Kod CMI wykazuje kilka pożądanych właściwości, które czynią go odpowiednim dla niezawodnych łączy transmisyjnych.

Gwarantowana Synchronizacja Zegara: CMI zapewnia częste zmiany sygnału niezależnie od sekwencji danych wejściowych. Przejście jest gwarantowane w połowie każdego bitu "0", a zmiana poziomu między kolejnymi bitami "1" również dostarcza informacji o taktowaniu. To bardzo ułatwia odbiornikowi .
Brak Składowej Stałej: Kod jest doskonale zrównoważony pod względem składowej stałej. Kodowanie "0" jest z natury zrównoważone (połowa czasu na -V, połowa na +V). Naprzemienna polaryzacja bitów "1" zapewnia, że w długim okresie średni poziom napięcia wynosi zero, niezależnie od wzorca danych. To kluczowa zaleta dla systemów ze sprzężeniem transformatorowym lub pojemnościowym.
Wykorzystanie Pasma: Głównym kompromisem w kodzie CMI jest jego zapotrzebowanie na pasmo. Ze względu na szybkie przejście wewnątrz każdego bitu „0”, główny listek widma mocy rozciąga się do podwójnej częstotliwości zegarowej ( $2f_{zeg}$ lub $2/T$ ). Jest to dwukrotnie szersze pasmo niż wymagane przez prostsze kody, takie jak NRZ, co czyni go mniej wydajnym widmowo.
Proste Wykrywanie Błędów: CMI zapewnia wbudowaną zdolność do wykrywania błędów. Jeśli odbiornik wykryje naruszenie zasad kodowania (np. dwie kolejne "1" o tej samej polaryzacji lub "0" bez przejścia w połowie bitu), wie, że wystąpił błąd transmisji.