遙測(cè)ＰＣＭ碼流解碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要：介紹了一種遙測(cè)PCM碼流解碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)能把接收到的±2.5 V PCM碼流和422PCM碼流還原出原始數(shù)據(jù)信息，按照幀結(jié)構(gòu)分路存儲(chǔ)。422碼流解碼的關(guān)鍵是串并的轉(zhuǎn)換，±2.5 V PCM碼流解碼的關(guān)鍵是碼同步和幀同步的實(shí)現(xiàn)。給出了PCM解碼系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，并分別介紹了422方式和±2.5 V方式的PCM碼流的解調(diào)辦法。該電路設(shè)計(jì)已用于某遙測(cè)系統(tǒng)的地面測(cè)試臺(tái)，具有工作穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：PCM解碼;幀同步;碼同步;串并轉(zhuǎn)換

中圖分類號(hào)：TN707 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004373X(2008)1513502

Design of Decoding Circuit for PCM Telemetry Signal

YAN Xiaoyan，WU Jinhui

(Key Laboratory of Instrumentation Science Dynamic Measurement in Ministry of Education，

Electronic and Computer Science Technology College，North University of China，Taiyuan，030051，China)

Abstract：The design of decoding circuit for PCM telemetry signal is introduced in the paper.The system accomplished the mission of decoding high-speed difference PCM signal received，and recording data by frame.The key to the module of 422 is how to implement serial-parallel data conversion.And The key to the module of ±2.5 V is how to achieve code-synchronization and frame-synchronization.The choice and analysis of parts of an apparatus are recommended.The circuit has applied in one test platform successfully，it has merits of stabilization and anti- jamming.

Keywords：PCM decoding;frame-synchronization;code-synchronization;serial-parallel conversion

1 引 言

遙測(cè)系統(tǒng)是測(cè)量導(dǎo)彈、衛(wèi)星、航天器及武器系統(tǒng)內(nèi)/外部的環(huán)境參數(shù)，獲取地面試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)不可缺少的一個(gè)部分，本系統(tǒng)采用PCM 體制，以多路復(fù)用的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。本解碼系統(tǒng)接受兩種形式的PCM碼流：422形式和±2.5 V形式。其中422形式包括幀同步、碼同步和信號(hào)流；±2.5 V形式只包含信號(hào)流。

根據(jù)需要，系統(tǒng)中所接受的PCM碼流信息量較大，并且基帶頻率較大，因而解調(diào)器的設(shè)計(jì)需要大容量的存儲(chǔ)單元。對(duì)此，本文提出了一種遙測(cè)瞬態(tài)信號(hào)的采集策略，它通過(guò)外觸發(fā)信號(hào)(計(jì)幀同步)啟動(dòng)緩存來(lái)實(shí)現(xiàn)，緩存可以用大容量的FIFO準(zhǔn)確地接受PCM碼流，然后送入PC。本模塊屬于接口控制模塊的一部分，因此，控制邏輯用同一個(gè)CPLD來(lái)完成，使得解調(diào)器的大多數(shù)電路功能及其連線都在器件內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，并可以進(jìn)行時(shí)序仿真，從而大大節(jié)省了電路的調(diào)試時(shí)間，同時(shí)，通過(guò)對(duì)CPLD芯片的重新編程，使解調(diào)器可以具有一定的通用性。

2 電路硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PCM解碼的關(guān)鍵：串并轉(zhuǎn)換和電平轉(zhuǎn)換。圖1是設(shè)計(jì)方案圖。對(duì)于422通信接口，在碼同步、幀同步和PCM數(shù)據(jù)信號(hào)的跳變過(guò)程中，由于線路之間存在寄生電容及其共地原因，互相之間存在著線間串?dāng)_，并且彈上其他系統(tǒng)對(duì)本電路也有電磁干擾，所以在解碼電路必須采取有效的抗干擾措施，采用光電耦合器將輸入和輸出信號(hào)全部隔離可以防止其他系統(tǒng)的電磁輻射干擾；同時(shí)光電耦合器件是一個(gè)電流驅(qū)動(dòng)的器件，在它的輸入端加上反向二極管也可以消除信號(hào)之間的串繞。另外在CPLD核心控制內(nèi)部還要對(duì)碼同步信號(hào)進(jìn)行消抖，主要用來(lái)消除CLK信號(hào)在傳輸過(guò)程中受到的干擾。FIFO系統(tǒng)選擇了IDT公司的IDT7208，容量為64 kB。

整個(gè)PCM解調(diào)系統(tǒng)工作原理如下:串行PCM數(shù)據(jù)流在碼同步信號(hào)作用下，通過(guò)移位寄存器轉(zhuǎn)換為8路并行數(shù)據(jù)，并行數(shù)據(jù)在子同步 (路同步)信號(hào)的作用下取出，在控制電路的配合下，存入FIFO緩沖器中。當(dāng)FIFO存至半滿時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)生的半滿信號(hào)，由計(jì)算機(jī)控制讀取數(shù)據(jù)并處理。

3 422方式解碼

422形式包括幀同步、碼同步和信號(hào)流，波形圖如圖2所示。

從圖中可以看出，PCM碼流數(shù)據(jù)的變化是隨同步時(shí)鐘的下降沿而變化的，為了使解碼準(zhǔn)確可靠，應(yīng)在同步時(shí)鐘的上升降沿進(jìn)行解碼。另外，幀同步脈沖的上升沿表示一幀數(shù)據(jù)的開(kāi)始。相比較而言，422方式的解碼主要是進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換。

CPLD內(nèi)部原理圖模塊標(biāo)示如圖3所示。輸入：“HCLK”表示系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，“CLK”表示PCM碼同步時(shí)鐘，“FSYN”表示幀同步信號(hào)，“PCMS”表示數(shù)據(jù)流；輸出“F8”表示緩存器FIFO的寫信號(hào)，“DAOUT”表示8位并行數(shù)據(jù)。幀同步信號(hào)出現(xiàn)上升沿就意味著一幀的開(kāi)始。碼同步信號(hào)發(fā)生上升沿的變化，表示數(shù)據(jù)流的1位。系統(tǒng)時(shí)鐘在碼同步信號(hào)發(fā)生上升沿的變化后計(jì)數(shù)，計(jì)夠4個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘數(shù)據(jù)流，并且逐步移位到同一個(gè)寄存器中，同時(shí)送出數(shù)據(jù)到“DAOUT”。時(shí)序如圖4所示。

4 ±2.5 V方式解碼

由于±2.5 V形式只包含信號(hào)流，因此±2.5 V數(shù)據(jù)信號(hào)解碼方式關(guān)鍵在于提取碼同步信號(hào)和幀同步信號(hào)。碼同步器的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，不僅監(jiān)測(cè)輸入的PCM碼流，而且在獲取字同步、幀同步以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理的過(guò)程中為系統(tǒng)提供一個(gè)準(zhǔn)確的碼同步時(shí)鐘信號(hào)。

(1) 碼同步的實(shí)現(xiàn)

過(guò)去的碼同步器由模擬鎖相環(huán)路來(lái)實(shí)現(xiàn)，它由鑒相器(PD)、低通濾波器(LPF)、壓控振蕩器(VCO)組成，本系統(tǒng)采用1 b同步器，它是一種新型的全數(shù)字PCM碼同步器，改善了以前的模擬/數(shù)字鎖相環(huán)路法，其特點(diǎn)是適應(yīng)性好，頻率跟蹤快。整個(gè)系統(tǒng)由一個(gè)可編程數(shù)字濾波器、一個(gè)雙邊沿提取器、一個(gè)數(shù)字預(yù)測(cè)器和一個(gè)合成器組成，如圖5所示。

由于輸入信號(hào)不可避免地存在著各種干擾，這些干擾脈沖將影響碼同步脈沖和PCM數(shù)據(jù)的提取，因此在輸入端加一個(gè)可編程數(shù)字濾波器。雙邊沿提取器的作用是在輸入信號(hào)的跳變碼元的上升沿或下降沿處產(chǎn)生邊沿脈沖，是輸入信號(hào)頻率及相位的真實(shí)反映，可有效校準(zhǔn)碼同步器鎖定的精度。在同步過(guò)程中，當(dāng)輸入的碼值發(fā)生變化時(shí)，將在邊沿產(chǎn)生一個(gè)躍變，此時(shí)雙邊沿提取器將產(chǎn)生邊沿脈沖信號(hào)edge，同時(shí)控制預(yù)測(cè)器使其復(fù)位，禁止預(yù)測(cè)輸出；當(dāng)輸入的碼值為連“1”或連“0”時(shí)，無(wú)邊沿變化，邊沿提取器停止工作，無(wú)edge輸出，此時(shí)預(yù)測(cè)器開(kāi)始工作，產(chǎn)生預(yù)測(cè)的本地碼同步信號(hào)pred，pred由clk分頻獲得，并由edge對(duì)齊相位。邊沿提取器與預(yù)測(cè)器輸出的信號(hào)經(jīng)合成器合成輸出，二者協(xié)同完成碼時(shí)鐘信號(hào)的恢復(fù)。為了提高數(shù)據(jù)提取的準(zhǔn)確性，解決pred與輸入信號(hào)頻率誤差造成的相位移動(dòng)，將碼同步向后移位180°。

(2) 幀同步的實(shí)現(xiàn)

為了從傳輸信號(hào)流中恢復(fù)出數(shù)據(jù)流，還需要另一種形式的同步，即幀同步。幀同步的任務(wù)是將解調(diào)出的數(shù)據(jù)比特序列進(jìn)行正確的分組，它一般通過(guò)傳輸數(shù)據(jù)格式的特殊設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即在數(shù)據(jù)序列中插入特殊字符同步碼，通過(guò)它來(lái)描述系統(tǒng)的幀同步方式和實(shí)現(xiàn)方法。具體的實(shí)現(xiàn)情況如圖6所示。

由于信號(hào)是串行輸入的，而存儲(chǔ)電路數(shù)據(jù)位是8位，因此需要將連續(xù)的8個(gè)比特?cái)?shù)據(jù)組成一個(gè)字節(jié)，每次計(jì)滿8個(gè)輸入碼同步流信號(hào)就輸出一個(gè)字節(jié)的同步脈沖信號(hào)，然后利用幀同步、副幀同步信號(hào)對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行復(fù)位。

5 結(jié) 語(yǔ)

本系統(tǒng)工作穩(wěn)定，能準(zhǔn)確地解調(diào)出422方式和±2.5 V方式的PCM碼流，誤碼率極低，抗干擾能力強(qiáng)，工作可靠性高。該解碼系統(tǒng)已經(jīng)成功地應(yīng)用于某遙測(cè)系統(tǒng)的地面測(cè)試臺(tái)。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］武向萍，李安宗，吳曉杰，等.PCM遙傳信號(hào)數(shù)字解碼方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)\\.石油儀器，2004，18(5):19-20，23.

［2］何群，張萬(wàn)杰，黃翠凝.用于某飛行器的遙測(cè)PCM系統(tǒng)中碼同步器的設(shè)計(jì)［J］.遙測(cè)遙控，1996.17(5):40-44.

［3］馮春燕，袁嗣杰.用瞬時(shí)測(cè)頻法實(shí)現(xiàn)PCM/DPSK搖測(cè)信號(hào)的軟件解調(diào)\\.現(xiàn)代電子技術(shù)，2004，27(12):70-71，74.

作者簡(jiǎn)介 閆曉燕 女，1977年出生，山西交城人，中北大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院。研究方向?yàn)闇y(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器。