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浅谈数据通信及其应用前景

摘要：本文介绍数据通信的构成原理、交换方式及其适用范围；数据通信的分类，并展望未来美好的应用前景。

主题词 数据通信 构成原理 适用范围 应用前景

数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。要在崐两地间传输信息必须有传输信道，根据传输媒体的不同，有有线数据通信与无线崐数据通信之分。但它们都是通过传输信道将数据终端与计算机联结起来，而使不崐同地点的数据终端实现软、硬件和信息资源的共享。

一、数据通信的构成原理、交换方式及适用范围

１．数据通信的构成原理

数据通信的构成原理如框图１所示。图中ＤＴＥ是数据终端。数据终端有分崐组型终端（ＰＴ）和非分组型终端（ＮＰＴ）两大类。分组型终端有计算机、数崐字传真机、智能用户电报终端（ＴｅＬｅｔｅｘ）、用户分组装拆设备（ＰＡＤ）崐、用户分组交换机、专用电话交换机（ＰＡＢＸ）、可视图文接入设备（ＶＡＰ）崐、局域网（ＬＡＮ）等各种专用终端设备；非分组型终端有个人计算机终端、可崐视图文终端、用户电报终端等各种专用终端。数据电路由传输信道和数据电路终崐端设备（ＤＣＥ）组成，如果传输信道为模拟信道，ＤＣＥ通常就是调制解调器崐（ＭＯＤＥＭ），它的作用是进行模拟信号和数字信号的转换；如果传输信道为崐数字信道，ＤＣＥ的作用是实现信号码型与电平的转换，以及线路接续控制等。崐传输信道除有模拟和数字的区分外，还有有线信道与无线信道、专用线路与交换崐网线路之分。交换网线路要通过呼叫过程建立连接，通信结束后再拆除；专线连崐接由于是固定连接就无需上述的呼叫建立与拆线过程。计算机系统中的通信控制崐器用于管理与数据终端相连接的所有通信线路。中央处理器用来处理由数据终端崐设备输入的数据。

２．数据通信的交换方式

通常数据通信有三种交换方式：

（１）电路交换

电路交换是指两台计算机或终端在相互通信时，使用同一条实际的物理链路，崐通信中自始至终使用该链路进行信息传输，且不允许其它计算机或终端同时共亨崐该电路。

（２）报文交换

报文交换是将用户的报文存储在交换机的存储器中（内存或外存），当所需崐输出电路空闲时，再将该报文发往需接收的交换机或终端。这种存储＿转发的方崐式可以提高中继线和电路的利用率。

（３）分组交换

分组交换是将用户发来的整份报文分割成若于个定长的数据块（称为分组或崐打包），将这些分组以存储＿转发的方式在网内传输。第一个分组信息都连有接崐收地址和发送地址的标识。在分组交换网中，不同用户的分组数据均采用动态复崐用的技术传送，即网络具有路由选择，同一条路由可以有不同用户的分组在传送，崐所以线路利用率较高。

３．各种交换方式的适用范围

（１）电路交换方式通常应用于公用电话网、公用电报网及电路交换的公用数据崐网（ＣＳＰＤＮ）等通信网络中。前两种电路交换方式系传统方式；后一种方式崐与公用电话网基本相似，但它是用四线或二线方式连接用户，适用于较高速率的崐数据交换。正由于它是专用的公用数据网，其接通率、工作速率、用户线距离、崐线路均衡条件等均优于公用电话网。其优点是实时性强、延迟很小、交换成本较崐低；其缺点是线路利用率低。电路交换适用于一次接续后，长报文的通信。

（２）报文交换方式适用于实现不同速率、不同协议、不同代码终端的终端间或崐一点对多点的同文为单位进行存储转发的数据通信。由于这种方式，网络传输时崐延大，并且占用了大量的内存与外存空间，因而不适用于要求系统安全性高、网崐络时延较小的数据通信。

（３）分组交换是在存储＿转发方式的基础上发展起来的，但它兼有电路交换及崐报文交换的优点。它适用于对话式的计算机通信，如数据库检索、图文信息存取、崐电子邮件传递和计算机间通信等各方面，传输质量高、成本较低，并可在不同速崐率终端间通信。其缺点是不适宜于实时性要求高、信息量很大的业务使用。

二、数据通信的分类

１．有线数据通信

（1） 数字数据网（ＤＤＮ）

数字数据网由用户环路、ＤＤＮ节点、数字信道和网络控制管理中心组成，崐其网络组成结构如框图２所示。ＤＤＮ是利用光纤或数字微波、卫星等数字信道崐和数字交叉复用设备组成的数字数据传输网。也可以说ＤＤＮ是把数据通信技术、崐数字通信技术、光迁通信技术以及数字交叉连接技术结合在一起的数字通信网络。崐数字信道应包括用户到网络的连接线路，即用户环路的传输也应该是数字的，但崐实际上也有普通电缆和双绞线，但传输质量不如前。ＤＤＮ的主要特点是：

①传输质量高、误码率低：传输信道的误码率要求小。

②信道利用率高。

③要求全网的时钟系统保持同步，才能保证ＤＤＮ电路的传输质量。

④ＤＤＮ的租用专线业务的速率可分为2.4-19.2kbit/s， Ｎ×６４ｋbit/s崐（Ｎ=1-32）；用户入网速率最高不超过２Ｍbit/s。

⑤ＤＤＮ时延较小。

（2）分组交换网

分组交换网（ＰＳＰＤＮ）是以ＣＣＩＴＴＸ．２５建议为基础的，所以崐又称为Ｘ.25网。它是采用存储＿转发方式，将用户送来的报文分成具用一定长崐度的数据段，并在每个数据段上加上控制信息，构成一个带有地址的分组组合群崐体，在网上传输。分组交换网最突出的优点是在一条电路上同时可开放多条虚通崐路，为多个用户同时使用，网络具有动态路由选择功能和先进的误码检错功能，崐但网络性能较差。

（3） 帧中继网

帧中继网络通常由帧中继存取设备、帧中继交换设备和公共帧中继服务网3崐部分组成，如框图３所示。帧中继网是从分组交换技术发展起来的。帧中继技术崐是把不同长度的用户数据组均包封在较大的帧中继帧内，加上寻址和控制信息后崐在网上传输。其功能特点为：

①使用统计复用技术，按需分配带宽，向用户提供共亨的的网络资源，每一条崐线路和网络端口都可由多个终点按信息流共亨，大大提高了网络资源的利用率。

②采用虚电路技术，只有当用户准备好数据时，才把所需的带宽分配给指定的虚崐电路，而且带宽在网络里是按照分组动态分配，因而适合于突发性业务的使用。

③帧中继只使用了物理层和链路层的一部分来执行其交换功能，利用用户信息和崐控制信息分离的Ｄ信道连接来实施以帧为单位的信息传送，简化了中间节点的处崐理。帧中继采用了可靠的ＩＳＤＮ Ｄ信道的链路层（ＬＡＰＤ）协议，将流量崐控制、纠错等功能留给智能终端去完成，从而大大简化了处理过程，提高了效率。崐当然，帧中继传输线路质量要求很高，其误码率应小于１０的负８次方。

④帧中继通常的帧长度比分组交换长，达到1024-4096字节/帧，因而其吞吐量崐非常高，其所提供的速率为2048Ｍbit/s。用户速率一般为9.6、4.4、19.2、Ｎ崐×64kbist/s（Ｎ＝1-31），以及2Ｍbit/s。

⑤）帧中继没有采用存储＿转发功能，因而具有与快速分组交换相同的一些优崐点。其时延小于15ms。

２．无线数据通信

无线数据通信也称移动数据通信，它是在有线数据通信的基础上发展起来的。崐有线数据通信依赖于有线传输，因此只适合于固定终端与计算机或计算机之间的崐通信。而移动数据通信是通过无线电波的传播来传送数据的，因而有可能实现移崐动状态下的移动通信。狭义地说，移动数据通信就是计算机间或计算机与人之间崐的无线通信。它通过与有线数据网互联，把有线数据网路的应用扩展到移动和便崐携用户。

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在任何开关电源设计中，PCB板的物理设计都是最后一个环节，如果设计方法不当，PCB可能会辐射过多的电磁干扰，造成电源工作不稳定，以下针对各个步骤中所需注意的事项进行分析:
一、从原理图到PCB的设计流程建立元件参数－输入原理网表-设计参数设置-手工布局-手工布线-验证设计－复查-CAM输出。
二、参数设置相邻导线间距必须能满足电气安全要求，而且为了便于操作和生产，间距也应尽量宽些。最小间距至少要能适合承受的电压，在布线密度较低时，信号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距，一般情况下将走线间距设为8mil。
焊盘内孔边缘到印制板边的距离要大于1mm，这样可以避免加工时导致焊盘缺损。当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计成水滴状，这样的好处是焊盘不容易起皮，而是走线与焊盘不易断开。
三、元器件布局实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。例如，如果印制板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声；由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，因此，在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法。每一个开关电源都有四个电流回路：
(1).电源开关交流回路
(2).输出整流交流回路
(3).输入信号源电流回路
(4).输出负载电流回路输入回路通过一个近似直流的电流对输入电容充电，滤波电容主要起到一个宽带储能作用；类似地，输出滤波电容也用来储存来自输出整流器的高频能量，同时消除输出负载回路的直流能量。所以，输入和输出滤波电容的接线端十分重要，输入及输出电流回路应分别只从滤波电容的接线端连接到电源；如果在输入/输出回路和电源开关/整流回路之间的连接无法与电容的接线端直接相连，交流能量将由输入或输出滤波电容并辐射到环境中去。电源开关交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形电流，这些电流中谐波成分很高，其频率远大于开关基频，峰值幅度可高达持续输入/输出直流电流幅度的5倍，过渡时间通常约为50ns。这两个回路最容易产生电磁干扰，因此必须在电源中其它印制线布线之前先布好这些交流回路，每个回路的三种主要的元件滤波电容、电源开关或整流器、电感或变压器应彼此相邻地进行放置，调整元件位置使它们之间的电流路径尽可能短。建立开关电源布局的最好方法与其电气设计相似，最佳设计流程如下：
·放置变压器
·设计电源开关电流回路
·设计输出整流器电流回路
·连接到交流电源电路的控制电路
·设计输入电流源回路和输入滤波器设计输出负载回路和输出滤波器根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：
(1)首先要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加；过小则散热不好，且邻近线条易受干扰。电路板的最佳形状矩形，长宽比为3：2或4：3，位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。
(2)放置器件时要考虑以后的焊接，不要太密集.
(3)以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接,去耦电容尽量靠近器件的VCC。
(4)在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样，不但美观，而且装焊容易，易于批量生产。
(5)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。
(6)布局的首要原则是保证布线的布通率，移动器件时注意飞线的连接，把有连线关系的器件放在一起。
(7)尽可能地减小环路面积,以抑制开关电源的辐射干扰。
四、布线开关电源中包含有高频信号，PCB上任何印制线都可以起到天线的作用，印制线的长度和宽度会影响其阻抗和感抗，从而影响频率响应。即使是通过直流信号的印制线也会从邻近的印制线耦合到射频信号并造成电路问题(甚至再次辐射出干扰信号)。因此应将所有通过交流电流的印制线设计得尽可能短而宽，这意味着必须将所有连接到印制线和连接到其他电源线的元器件放置得很近。印制线的长度与其表现出的电感量和阻抗成正比，而宽度则与印制线的电感量和阻抗成反比。长度反映出印制线响应的波长，长度越长，印制线能发送和接收电磁波的频率越低，它就能辐射出更多的射频能量。根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和电流的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。接地是开关电源四个电流回路的底层支路，作为电路的公共参考点起着很重要的作用，它是控制干扰的重要方法。因此，在布局中应仔细考虑接地线的放置，将各种接地混合会造成电源工作不稳定。在地线设计中应注意以下几点：
1.正确选择单点接地通常，滤波电容公共端应是其它的接地点耦合到大电流的交流地的唯一连接点，同一级电路的接地点应尽量靠近，并且本级电路的电源滤波电容也应接在该级接地点上，主要是考虑电路各部分回流到地的电流是变化的，因实际流过的线路的阻抗会导致电路各部分地电位的变化而引入干扰。在本开关电源中，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而采用一点接地，即将电源开关电流回路（中的几个器件的地线都连到接地脚上，输出整流器电流回路的几个器件的地线也同样接到相应的滤波电容的接地脚上，这样电源工作较稳定，不易自激。做不到单点时，在共地处接两二极管或一小电阻，其实接在比较集中的一块铜箔处就可以。
2.尽量加粗接地线若接地线很细，接地电位则随电流的变化而变化，致使电子设备的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏，因此要确保每一个大电流的接地端采用尽量短而宽的印制线，尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，如有可能，接地线的宽度应大于3mm，也可用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。进行全局布线的时候，还须遵循以下原则：
(1).布线方向：从焊接面看，元件的排列方位尽可能保持与原理图相一致，布线方向最好与电路图走线方向相一致，因生产过程中通常需要在焊接面进行各种参数的检测，故这样做便于生产中的检查，调试及检修（注：指在满足电路性能及整机安装与面板布局要求的前提下）。
(2).设计布线图时走线尽量少拐弯，印刷弧上的线宽不要突变，导线拐角应≥90度,力求线条简单明了。
(3).印刷电路中不允许有交叉电路，对于可能交叉的线条，可以用“钻”、“绕”两种办法解决。即让某引线从别的电阻、电容、三极管脚下的空隙处“钻”过去，或从可能交叉的某条引线的一端“绕”过去，在特殊情况下如何电路很复杂，为简化设计也允许用导线跨接，解决交叉电路问题。因采用单面板，直插元件位于top面，表贴器件位于bottom面，所以在布局的时候直插器件可与表贴器件交叠，但要避免焊盘重叠。
3．输入地与输出地本开关电源中为低压的DC－DC，欲将输出电压反馈回变压器的初级，两边的电路应有共同的参考地，所以在对两边的地线分别铺铜之后，还要连接在一起，形成共同的地。
五、检查布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，一般检查线与线、线与元件焊盘、线与贯通孔、元件焊盘与贯通孔、贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。电源线和地线的宽度是否合适，在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。注意：有些错误可以忽略，例如有些接插件的Outline的一部分放在了板框外，检查间距时会出错；另外每次修改过走线和过孔之后，都要重新覆铜一次。
六、复查根据“PCB检查表”，内容包括设计规则，层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置，还要重点复查器件布局的合理性，电源、地线网络的走线，高速时钟网络的走线与屏蔽，去耦电容的摆放和连接等。
七、设计输出输出光绘文件的注意事项：
a.需要输出的层有布线层（底层）、丝印层（包括顶层丝印、底层丝印）、阻焊层（底层阻焊）、钻孔层（底层），另外还要生成钻孔文件（NCDrill）
b.设置丝印层的Layer时，不要选择PartType，选择顶层（底层）和丝印层的Outline、Text、Linec.在设置每层的Layer时，将BoardOutline选上，设置丝印层的Layer时，不要选择PartType，选择顶层（底层）和丝印层的Outline、Text、Line。d.生成钻孔文件时，使用PowerPCB的缺省设置，不要作任何改。

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Protel 99 se 相对来讲，虽是老软件，但工厂里用的多数是这款软件，特别是制做PCB的工厂，如果你用别的软件画板，发去PCB工厂做时还要转换成99SE的格式才行，有些软件之间是不可以直接转换的，还要其它工具来转换，转换后不一定就是你原本的板了；软件与软件间的图纸转换过程少都会有问题存在的。