曼彻斯特编解码器的设计

分享到:

 

0 引言
    曼彻斯特码是一种总线数据传输双极性码。在数字信号基带传输中,通过这种信道编码技术可使传送数据同时携带时钟信息,故也称其为自同步曼彻斯特码。在信道传输中曼彻斯特码有很好的抗干扰能力。接收端可以将分离出的时钟用于解码,从而简化了解码过程。
    针对曼彻斯特码特点,可采用位同步方法提取时钟,常采用滤波法和数字锁相环法。滤波法采用的窄带滤波器不适合数字电路使用。数字锁相环法通过比较接收码元和本地码元为定时时钟的相位来添加扣除时钟脉冲,以达到调整相位的目的,但电路实现过于复杂。本文提出的时钟分离电路比数字锁相环简单,而且提取出来的时钟可以准确地采样到曼彻斯特码信号。

1 曼彻斯特码
   
曼彻斯特码是一种广泛用于以太网、短距离无线通信、航空电子综合系统中总线数据传输的双极性码。它的每个码元中点都存在一个电平跳变,1信号为一个从1到0的负跳变;0信号为一个从0到1的正跳变。由于曼彻斯特码在频谱中存在很强的定式分量,解码时可将分离出的时钟用来解码。另一方面,1553B传输电缆呈容性负载特性,所以在信号传输中,直流和低频分量将受到很大的衰减。曼彻斯特码频谱中不存在直流分量,而且低频分量也大大减小,很适合在1553B电缆中传输。
    MIL-STD-1553B协议中采用的曼彻斯特码数据格式如图1所示。


    同步头:占三位码元长度。命令字或状态字同步头的前1.5倍码元长度为高电平;后1.5倍码元长度为低电平,数据字同步头刚好相反。同步头用于区分字的类型以及标识字传输开始。
    数据:16位数据位。图中bit3为数据最高位,依次递减,bit18为数据最低位。
    奇偶校验位:这里采用奇校验。将16位数据按位同或的结果作为奇校验位。

2 曼彻斯特编码器的设计
   
由于曼彻斯特码的每个码元在其中心存在电平跳变,所以编码器的发送时钟频率至少应选择信息传输速率的2倍频。
    通常编码器的实现方式有2种,基于移位寄存器,或者数据选择器。移位寄存器型编码器需要在编码开始后将同步头位、数据位、奇偶校验位通过字符格式编排器编排成一个并行数据,然后在发送时钟的控制下串行移位输出;数据选择器型编码器需要在编码开始后启动一个计数器,在计数器的控制下分别送出同步头、数据位、奇偶效验位。本文的编码器采用后者,其结构框图如图2所示。