Дуплекс по одному коаксиалу без модуляции: направленный ответвитель на резисторах и ОУ
Две платы обменялись независимыми потоками со скоростью 250 MBaud через единственный коаксиальный кабель, сохранив открытое окно глазковой диаграммы. Канал передаёт базовые логические уровни: модуляция, цифровая компенсация эха и калибровка в схеме отсутствуют. Разделение направлений обеспечивает резистивный мост, а его остаточная ошибка проявляется как детерминированный джиттер.
Michael Wiebusch представил минималистичный полнодуплексный интерфейс для лабораторной аппаратуры: два узла одновременно передают цифровые данные по одному коаксиальному кабелю в противоположных направлениях. В препринте «A Minimal-Component 100 MHz Full-Duplex Digital Link Over a Single Coaxial Cable for Laboratory Instrumentation» описан канал, работающий непосредственно с baseband-сигналом. В привычном смысле это не кабельный модем: несущая, модулятор, демодулятор и активная цифровая компенсация собственного сигнала отсутствуют.
Основа устройства — резистивный hybrid, встроенный между CMOS-драйвером, кабелем и приёмником. Электромагнитные волны от обоих концов коаксиала распространяются навстречу друг другу и суммируются в линии. Мост формирует две напряжённые точки с различной долей локального и удалённого сигналов. LVDS-приёмник сравнивает их как дифференциальный компаратор, подавляя собственную передачу и выделяя данные с другого конца кабеля.
В рабочей плате роль передатчика выполняет буфер 74LVC1G32 с питанием 3.3 V. На приёме установлен FIN1002M5X либо SN65LVDS2; внутренней терминации у этих микросхем нет, поэтому согласование и балансировка определяются внешней резистивной сетью. Для 50-омного кабеля автор применил согласованный π-аттенюатор с коэффициентом 1/√3, или −4.77 dB. Расчётный коэффициент передачи от выхода драйвера 3.3 V до дифференциального входа составляет около 0.192, что даёт 0.64 Vpp, или ±317 mV. Это достаточная амплитуда для LVDS-входа при сохранении резерва на отражения и разбалансировку.
Плата размером 33×25 мм выполнена на двух слоях. Один трансивер собран на двух корпусах SOT-23-5, десяти резисторах 0603 и трёх конденсаторах. Опубликованы варианты для 50 и 75 Ом; во втором случае сопротивления hybrid масштабированы в 1.5 раза. Такая топология допускает передачу вплоть до постоянного уровня, поэтому интерфейс может обслуживать произвольный цифровой протокол с подходящими электрическими уровнями и таймингом.
Авторские измерения на двух платах с тонким RG-178 показали p-p неопределённость фронта менее 1 нс на длинах примерно до 6 м. Для кабеля 3.2 м и двух независимых псевдослучайных потоков при 250 MBaud приведена открытая глазковая диаграмма с p-p джиттером 870 ps. В статье также заявлена устойчивая работа приблизительно до 150 MHz и возможность использовать линии длиннее 11 м при снижении скорости. Эти результаты относятся к испытаниям автора препринта; полноценная квалификация для произвольных кабелей, разъёмов и топологий пока не представлена.
Ключевое ограничение определяется точностью вычитания локального сигнала. Несовпадение сопротивлений, выходного импеданса драйвера, паразитные ёмкости входов и отражения оставляют часть собственного фронта на входе компаратора. Остаток меняет момент пересечения порога и создаёт детерминированный джиттер. В измерениях его зависимость от длины кабеля имеет период около 1.04 м, что связывается с задержкой распространения и переотражениями. Добавление питания по тому же коаксиалу через bias tee потребует отдельного расчёта: DC-смещения моста, возвратные токи, допустимый common-mode диапазон LVDS-входа и переходные процессы здесь становятся частью высокочастотной схемы.