NRZ, NRZI 와 맨체스터 코딩

<< 통신 기본 코딩 >>

제가 개발하면서 통신 드라이버가 제공하는 코딩 방식에 대하여 궁금해 하고 가끔 오실로스코프로 파형을 측정한 

적이 있었는데 간단한 시리얼 통신에서부터 복잡한 무선통신에서까지 Low 레벨 코딩이 활용됩니다.

 

What’s the Difference Between NRZ, NRZI, and Manchester Encoding?

시리얼 코딩 방식 예

 

NRZ, NRZI, RZ, 맨체스터는 인기 있는 직렬 인코딩 메커니즘입니다(그림 참조). 각각 다른 특성을 가지고 있어 다른 애플리케이션에서 유용합니다. UART(RS-232, RS-485)를 다루는 사람이라면 NRZ가 가장 익숙할 것입니다.

 

아래 그림은 하단의 클럭과 동기화된 신호를 보여줍니다. 전환의 유형과 위치는 인코딩 메커니즘을 다르게 만드는 것입니다.

클록은 다양한 전환 방법을 보여줌

NRZ는 논리 신호와 일치하는 레벨을 갖습니다. 이 경우 클록은 각 클록 사이클의 시작 부분에서 전송되는 값을 래치하고 클록 사이클 중간에 수신 측에서 샘플링됩니다. NRZ는 일반적으로 직렬 포트와 함께 사용됩니다. 수신기는 일반적으로 데이터 전송의 상승 또는 하강 에지와 동기화된 더 빠른 클록을 갖습니다. 이를 통해 클록 사이클의 중심을 보다 정확하게 결정할 수 있습니다(그림 1).

 

클록은 다양한 전환 방법을 강조합니다. NRZ는 전송되는 값과 관련하여 수준에 민감합니다. RZ는 클록과 관련하여 1 값에 대한 전환이 있습니다. Manchester와 NRZI는 값에 기반한 전환이 있습니다. Manchester는 1에 대한 감소 전환이 있는 반면 NRZI는 1에 대한 전환이 있습니다.

 

RZ는 클록 사이클의 시작에서 펄스를 사용하여 1 값을 나타냅니다. 바이폴라 버전에서 연속적인 1 값은 반대 방향으로 전환됩니다. RZ는 데이터에 1 값이 있을 때 항상 전환됩니다.

 

맨체스터와 NRZI 인코딩은 클록 사이클 중간에 전환이 발생하며, 유형은 인코딩에 따라 달라집니다. 맨체스터는 클록과 배타적 OR된 NRZ 인코딩입니다. 이는 비트당 최소 하나의 전환을 제공합니다. NRZI도 클록 사이클 중간에 전환을 사용하지만, 이는 1 값이 있을 때만 발생합니다. 맨체스터는 클록 복구를 더 쉽게 만듭니다.

 

맨체스터와 RZ의 문제점은 데이터 전송 빈도가 NRZ와 NRZI의 두 배라는 것입니다. 트레이드오프는 통신을 구현하는 데 사용된 메커니즘에 따라 달라집니다. 때로는 대역폭이 문제가 될 수 있습니다.

 

이러한 인코딩 방식은 대부분의 데이터 전송 시스템에 사용되는 시작점일 뿐입니다. 예를 들어, UART는 시작 비트와 하나 이상의 정지 비트를 포함하는 비동기 per/byte 시퀀스를 매핑합니다. 오류 감지를 지원하기 위해 패리티 비트를 포함할 수 있습니다. 상위 수준 프로토콜은 종종 패리티 비트를 생략하고 데이터 패킷에 대한 패리티 또는 CRC를 계산합니다. 이는 오류 감지 오버헤드를 줄이는 데 도움이 됩니다.

 

동기 시스템은 일반적으로 클록 복구/동기화 체계 외에도 인식할 수 있는 유휴 문자가 있습니다. 맨체스터 인코딩과 같은 인코딩 체계는 이를 구현하기 쉽게 만듭니다. 동기 지원은 종종 4B/5B 및 8B/10B와 같은 인코딩 체계를 사용합니다. 4B/5B는 5비트를 사용하여 NRZ와 같은 인코딩을 사용하여 클록 복구/동기화가 가능할 만큼 고유한 16개(4비트) 심볼을 인코딩합니다.

 

이러한 상위 레벨 인코딩 방식에는 대역폭 패널티가 있습니다. 컬렉션이 클수록 오버헤드는 낮아지지만 더 엄격한 타이밍과 더 복잡한 동기화 로직이 필요합니다. 접근 크기는 확장 가능하며 64B/66B는 10Gbit 이더넷과 함께 사용됩니다.

 

<<출처>>

Texas Instrument에서 다운로드 받은 Electronic Design Library 중

"What's the differences: Serial Communications" 내용 번역 정리 업로드 자료임