Warum wurde SpaceWire mit neun Drähten entwickelt?

Ich habe gerade in dieser großartigen Antwort über SpaceWire über die rotierende elektrische Schleifringverbindung zwischen dem Solarpanel und der angebrachten Sonnenausrichtungsinstrumentierung und dem Körper des Fahrzeugs mit seiner Erdausrichtungsinstrumentierung erfahren.

Der Wikipedia-Artikel schlägt vor, dass SpaceWire neun Leiter haben sollte; Differentialpaare jeweils für Dateneingang, Datenausgang, Strobe-Eingang, Strobe-Ausgang und eine einzelne Masse.

Es sieht so aus, als ob viel über SpaceWire nachgedacht wurde, und es scheint speziell für Weltraumanwendungen entwickelt worden zu sein.

Während Ethernet mit einem einzigen Koaxialkabel oder (meist abgeschirmtem) Twisted Pair auskommt, spezifiziert SpaceWire neun Adern. Manchmal wird das Gewicht von Drähten als kleiner, aber bedeutender Faktor bei der Gewichtsminimierung von Raumfahrzeugen angesehen. Warum wurden neun Drähte als optimal angesehen?

Ein Kabel mit neun Leitern könnte weniger Gewicht pro Länge haben als ein Koaxialkabel.
Beachten Sie, dass modernes Ethernet über Cat5- oder Cat6-Kabel mit 8 Leitern überträgt. Sie hätte 9, wenn es den Wunsch nach einer gemeinsamen Basis geben würde. Natürlich verwendet es die Drähte ganz anders als SpaceWire sie verwendet.
@CortAmmon sieht aus, als wäre ich in den Orbit gegangen und hätte stattdessen mehr über Ethernet gelernt!

Antworten (2)

Ethernet verwendet 2 oder 4 Adernpaare (2 Paare für niedrigere Geschwindigkeiten: 1 Paar in jede Richtung; 4 Paare für Gigabit-Ethernet). SpaceWire verwendet Data Strobe-Codierung für höhere Zuverlässigkeit: Anstatt ein einzelnes Signal pro Bit zu senden, sendet DSE 2 Signale (Data und Strobe) über 2 Adernpaare.

Diese haben die Eigenschaft, dass entweder Data oder Strobe ihren logischen Wert in einem Taktzyklus ändern, aber niemals beides. Dies ermöglicht eine einfache Taktwiederherstellung mit guter Jitter-Toleranz durch XOR-Verknüpfung der beiden Signalleitungswerte.

Dadurch wird der Link zuverlässiger :

Der Grund für die Verwendung der DS-Codierung besteht darin, die Skew-Toleranz auf fast 1-Bit-Zeit zu verbessern, verglichen mit 0,5-Bit-Zeit für einfache Daten- und Taktcodierung.

Der Kompromiss zwischen Twisted Pair und Koax ist komplex. Twisted-Pair ist einfach und billig, Koax kann bei höheren Frequenzen übertragen, ist aber schwieriger zu verwenden (Sie müssen es richtig terminieren, um brauchbare Kabeleigenschaften zu erhalten, es ist weniger tolerant gegenüber Biegungen als Twisted-Pair).

Koaxverbindungen sind schwieriger über einen Schleifring zu verbinden, da Koax von den genauen Eigenschaften der Isolierung zwischen Kernleiter und Abschirmung abhängt.

Spacewire verwendet differenzielle Signalisierung : Dies bedeutet, dass beide Drähte eines Paares eine variable Spannung führen. Wenn Sie eine Abschirmung hinzufügen möchten (und das tun Sie), benötigen Sie einen weiteren Stift an den Anschlüssen, dies ist der 9. Stift. Differentialsignalisierung ist eine weitere Technik, die verwendet wird, um eine hohe Zuverlässigkeit und hohe Übertragungsgeschwindigkeiten über Twisted-Pair-Verbindungen zu erreichen.

Für beste Ergebnisse sollten auch verdrillte Paare terminiert werden.
Irre ich mich, dass Ethernet bidirektional über ein einzelnes Koaxialkabel oder ein einzelnes Twisted Pair gesendet werden kann (oder zumindest könnte) oder nur mein Alter preisgibt? :)
Koaxialkabel waren eine Option für 10T, aber mit zunehmender Geschwindigkeit veränderte sich der Ethernet-Standard. 100T und 1000T (auch bekannt als GigE) können nur über Twisted Pair (oder Glasfaser) übertragen werden. Sie haben keine koaxiale Variante.
@CortAmmon Entschuldigung, doppelte Überprüfung von "...bidirektional über eine einzige ..."
@uhoh Ich musste etwas recherchieren. 10BASE-T und 100BASE-T verwenden beide 2 Paare (4 Leiter). 1000BASE-T verwendet alle 8 Leiter. Interessanterweise gab es einen 100BASE-T1, der PAM verwendet, um Daten über kurze Entfernungen bidirektional über ein einzelnes Twisted Pair zu senden. Es war für die Automobilindustrie bestimmt. Ich wusste das nicht, bis ich es überprüft habe, also danke!
@CortAmmon großartig! Während ich beim Austausch von Elektronikstapeln eine kleine Prügelstrafe einstecken musste, erhielt ich eine sehr hilfreiche Antwort zu den frühesten Formen von Ethernet. Allerdings wurde 100BASE-T1 dort (noch) nicht erwähnt. edit: wurde jetzt erwähnt .
"Sie brauchen einen separaten Massebezug" - Das ist falsch. Das Schöne an der differentiellen Signalisierung ist, dass Sie keine Masse benötigen. (siehe z. B. Ethernet funktioniert auch über ungeschirmte Kabel)
fixiert, der 9. Pin wird zur Abschirmung verwendet.
Die differentielle Signalisierung funktioniert möglicherweise nicht, wenn die Potentialdifferenz zwischen den örtlichen Erdungen für Sender und Empfänger zu groß ist. Bei zusätzlicher galvanischer Trennung sind größere Potentialunterschiede möglich.

9 ist eine recht einfache Wahl, wenn man die Funktionen berücksichtigt, die Sie benötigen:

  1. Alle Signale sollten differentiell sein
  2. Sie benötigen für jede Richtung eine Datenleitung
  3. Sie müssen eine Uhr zusammen mit den Daten transportieren
  4. eine Abschirmung (GND) für die gesamte Baugruppe

zu 1) Differentialdaten haben Vorteile gegenüber Single-Ended-Signalen - sie weisen Einflüsse von externem Rauschen zurück, das in die Leitung einkoppelt. Bis zu einem gewissen Grad kann dies auch mit Koaxialkabel erreicht werden.

zu 3) Es gibt Möglichkeiten, den Takt von der Datenleitung zurückzugewinnen, aber dies macht das Empfangen (und Senden) von Daten in Bezug auf die auf beiden Seiten benötigte Elektronik (Datencodierer, Taktrückgewinnung ...) schwieriger.

Warum wurde SpaceWire mit neun Drähten entwickelt?
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