1553B總線中曼徹斯特編解碼器的設(shè)計(jì)

0 引言
曼徹斯特碼是一種總線數(shù)據(jù)傳輸雙極性碼。在數(shù)字信號(hào)基帶傳輸中，通過這種信道編碼技術(shù)可使傳送數(shù)據(jù)同時(shí)攜帶時(shí)鐘信息，故也稱其為自同步曼徹斯特碼。在信道傳輸中曼徹斯特碼有很好的抗干擾能力。接收端可以將分離出的時(shí)鐘用于解碼，從而簡(jiǎn)化了解碼過程。
針對(duì)曼徹斯特碼特點(diǎn)，可采用位同步方法提取時(shí)鐘，常采用濾波法和數(shù)字鎖相環(huán)法。濾波法采用的窄帶濾波器不適合數(shù)字電路使用。數(shù)字鎖相環(huán)法通過比較接收碼元和本地碼元為定時(shí)時(shí)鐘的相位來添加扣除時(shí)鐘脈沖，以達(dá)到調(diào)整相位的目的，但電路實(shí)現(xiàn)過于復(fù)雜。本文提出的時(shí)鐘分離電路比數(shù)字鎖相環(huán)簡(jiǎn)單，而且提取出來的時(shí)鐘可以準(zhǔn)確地采樣到曼徹斯特碼信號(hào)。

1 曼徹斯特碼
曼徹斯特碼是一種廣泛用于以太網(wǎng)、短距離無線通信、航空電子綜合系統(tǒng)中總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p極性碼。它的每個(gè)碼元中點(diǎn)都存在一個(gè)電平跳變，1信號(hào)為一個(gè)從1到0的負(fù)跳變；0信號(hào)為一個(gè)從0到1的正跳變。由于曼徹斯特碼在頻譜中存在很強(qiáng)的定式分量，解碼時(shí)可將分離出的時(shí)鐘用來解碼。另一方面，1553B傳輸電纜呈容性負(fù)載特性，所以在信號(hào)傳輸中，直流和低頻分量將受到很大的衰減。曼徹斯特碼頻譜中不存在直流分量，而且低頻分量也大大減小，很適合在1553B電纜中傳輸。
MIL-STD-1553B協(xié)議中采用的曼徹斯特碼數(shù)據(jù)格式如圖1所示。

同步頭：占三位碼元長(zhǎng)度。命令字或狀態(tài)字同步頭的前1．5倍碼元長(zhǎng)度為高電平；后1．5倍碼元長(zhǎng)度為低電平，數(shù)據(jù)字同步頭剛好相反。同步頭用于區(qū)分字的類型以及標(biāo)識(shí)字傳輸開始。
數(shù)據(jù)：16位數(shù)據(jù)位。圖中bit3為數(shù)據(jù)最高位，依次遞減，bit18為數(shù)據(jù)最低位。
奇偶校驗(yàn)位：這里采用奇校驗(yàn)。將16位數(shù)據(jù)按位同或的結(jié)果作為奇校驗(yàn)位。

2 曼徹斯特編碼器的設(shè)計(jì)
由于曼徹斯特碼的每個(gè)碼元在其中心存在電平跳變，所以編碼器的發(fā)送時(shí)鐘頻率至少應(yīng)選擇信息傳輸速率的2倍頻。
通常編碼器的實(shí)現(xiàn)方式有2種，基于移位寄存器，或者數(shù)據(jù)選擇器。移位寄存器型編碼器需要在編碼開始后將同步頭位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位通過字符格式編排器編排成一個(gè)并行數(shù)據(jù)，然后在發(fā)送時(shí)鐘的控制下串行移位輸出；數(shù)據(jù)選擇器型編碼器需要在編碼開始后啟動(dòng)一個(gè)計(jì)數(shù)器，在計(jì)數(shù)器的控制下分別送出同步頭、數(shù)據(jù)位、奇偶效驗(yàn)位。本文的編碼器采用后者，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。