ＨＤＢ３碼的ＩＳＰ技術實現研究

摘 要：在系統可編程(ISP)技術消除了傳統電子設計的一系列弊病，帶來數字電路與系統設計手段的革新，大大加快了大規模集成電路的應用和研究，是現代工程師必須掌握的理想工具之一。基于ISP技術現代電子設計平臺和開發軟件，首先簡述運用ISP技術實現HDB3碼編碼的基本原理及方法，然后基于ISP技術現代電子設計平臺和開發軟件，實現了HDB3編解碼電路的硬件配置和功能仿真設計。

關鍵詞：ISP技術;HDB3;編碼;解碼

中圖分類號：TN912.3 文獻標識碼：A

文章編號：1004373X(2008)0517603

Design and Simulation of ISP Technology of HDB3 Code

YIN Lixian，WU Zaihua

(Hunan College of Information，Changsha，410200，China)

Abstract：In-System Programmable (ISP) technology which brings the great innovation to digital circuit and system design implement，avoids certain disadvantage of traditional PLD，and makes great progress in LSI′s application and research.It is an ideal implement that modern engineers should have.This paperdescribs the basic principle and method of HDB3，based on the principle and exploited software of ISP technology，successfully realizes the code and decode of HDB3 including circuit hardware configuration and functional simulation design.

Keywords：ISP technology;HDB3;code;encode

可編程器件及其技術自20世紀90年代以來得到了迅猛發展，他促進了邏輯設計的概念和方法以及數字電路實現手段的轉換。ISP技術消除了傳統可編程邏輯器件(PLD)的某些限制和連接弊病，可以在電路板上直接進行編程和重復編程，有利于在板和系統級設計、制造及編程，根據用戶和市場需求進行產品開發，從而有效地降低了產品成本，縮短產品進入市場的時間。Lattice公司的ISP器件可由該公司的ispDesignExpert軟件所支持，且能夠在系統電路板上直接進行重構，因而無需單獨的編程器即可在桌面上進行電路的仿真、測試和查錯等工作，迅速地改變原電路和更新系統的性能，完成設計。

1 HDB3編碼基本原理

為了滿足基帶傳輸的要求，單極性脈沖序列必須經過適當的基帶編碼，以保證傳輸碼型中無直流分量，有一定的自檢能力和適應不同信源的統計特性的能力。在基帶傳輸中，常用的碼型有：傳輸極性交替碼(AMI碼)、三階高密度雙極性碼(HDB3碼)、4B3T碼、傳號翻轉碼(CMI)以及雙相碼(Manchester碼)等。

1.1 HDB3碼的構成規則

首先簡單介紹AMI碼的構成規則，把單極性脈沖序列中相鄰的“1”碼(即正脈沖)變為極性交替的正、負脈沖，將“0”碼保持不變，把“1”碼變為+1、-1交替的脈沖。

HDB3碼是一種AMI碼的改進型，又稱四連“0”取代碼。在AMI碼中，如果連續較長的一段序列為“0”碼，則在接收端會因為長時間無交替變化波形的控制而丟失同步信號。為克服傳輸波形中出現的長連“0”的情況，設計了AMI碼的改進型HDB3碼，其碼型中最長連“0”數不超過3個。

HDB3碼的編碼原理可簡述如下：在消息的二進制代碼序列中，當連“0”碼的個數不超過３時，HDB3編碼規律與AMI 碼相同，即“1”碼變為“＋１”、“－１”交替脈沖；當出現４個及以上連“0”碼時，把連“0”段按４個“0”分節，即“0000”，并使第4個“0”碼變為“1”碼，用V脈沖表示，這樣就可以消除長連“0”現象。為了便于識別V脈沖，必須使V脈沖極性與前一個“１”脈沖極性相同，這樣就破壞了AMI 碼極性交替的規律，所以V脈沖為破壞脈沖。把V脈沖和前３個連“0”稱為破壞節“000V”，為了使脈沖序列仍不含直流分量，則必須使相鄰的破壞點V脈沖極性交替，為了保證上述條件成立，必須使相鄰的破壞點之間有奇數個“１”碼。如果原序列中破壞點之間的“１”碼為偶數個，則必須補為奇數，即將破壞節中的第一個“0”碼變為“１”，用B脈沖表示，這時破壞節變為“B00V”形式。這樣就保證B脈沖極性與前一“１”脈沖極性相反，而B脈沖極性和V脈沖極性相同。

1.2 HDB3碼的特點

其特點主要有：

(1) 與AMI碼一樣無直流分量，且低頻分量也很少；其功率譜也與AMI碼類似，其方波中豐富的高頻分量同樣被消除了；

(2) 由于引入取代節，因而解決了AMI碼在連“0”過長時提取位定信號的困難；

(3) 具有內在檢錯能力。

由此可見，HDB3碼是一種優良碼，目前廣泛應用于基帶傳輸接口碼。

2 ISP技術在HDB3編碼中的應用

2.1 用ISP實現HDB3碼編碼

2.1.1 編碼設計思想

HDB3碼為三階高密度雙極性碼，其編碼設計思想為：

(1) 由于ISP不能輸出負電平，只能輸出“１”、“0”，所以先要對他的輸出進行編碼，如表1所示。

(2) 考慮將某些“0”改為“1”。用一個四位移位寄存器來對輸入的序列進行檢測，當檢測到4個連0時，將其第四個0改為1。再設置一個T觸發器來檢測兩個相鄰的破壞節之間“1”的個數，若T觸發器為“0”，則說明兩個相鄰的破壞節之間“1”的個數為偶數個，需要將第2個破壞節的第一個“0”置“1”，若T觸發器為“1”，則說明兩個相鄰的破壞節之間“1”的個數為奇數個，不變。

(3) 正、負號的考慮。除了破壞節的V即“1”的符號與他前面最近的“1”的符號相同外，其他的“1”的符號都是正、負交替的。所以再設置一個T觸發器，當他檢測到“1”時就使Q2翻轉。當然，這樣就不可避免地使破壞節的V的符號也出現翻轉，為了防止他的翻轉，用一個三位移位寄存器來跟蹤V碼，以保證V碼的符號與他前面最近的“1”的符號相同。

2.1.2 編碼流程圖

編碼流程圖如圖1所示。

2.1.3 編碼程序仿真結果

仿真結果說明：由于輸入的數據流經過了5個寄存器，輸出就延長了4個時鐘脈沖周期，所以仿真輸出的有效起始位置應該是4個時鐘脈沖以后(即圖2上的黑線以后的部分)。

根據前面所提編碼表格1，當Q1Q2=11代表“+1”，Q1Q2=10 代表“-1”，Q1Q2=00或01代表“0”，則輸出Q1、Q2可翻譯成：

2.2 用ISP實現HDB3碼譯碼

2.2.1 譯碼設計思想

(1) 由HDB3碼的編碼規則可知，“0000”都被“000+1”或“000-1”或“+100+1”或 “-100-1”取代，故只要能檢測出“+1000+1”、“-1000-1”、“+100+1”、“-100-1”，將他們分別改為“10000”、“10000”、“0000”、“0000”即可。

(2)、當然“+1”、“-1”、“0”還是由Q1Q2來表示，那么就需要有兩個5位移位寄存器(c和d)，Q1通過d，Q2通過c。通過d、c來檢測。如果檢測到兩個移位寄存器分別為“10001”、“0xxx0”或“10001”、“1xxx1”或“1001x”、“1xx1x”或“1001x”、“0xx0x”(“x”代表任意，即可以是“1”也可以是“0”)，數據輸出是將d里面的數據流輸出，所以只要將d中所檢測到的以上數據分別改為“10000”、“10000”、“0000x”、“0000x”，就可得到HDB3碼的譯碼了。

2.2.2 譯碼仿真結果

對應譯碼結果為：

3 結 語

隨著可編程技術及器件的迅速發展，當今硬件設計日

趨軟件化。為適應社會發展與需求，作者進行了基于ISP技術的研究與應用，采用軟件設計思維，將原理圖與程序仿真相結合的方法，實現了HDB3的編碼和譯碼功能。

參考文獻

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作者簡介

尹立賢 男，1962年出生，湖南益陽人，高級講師。主要研究方向為ISP技術，數字通信。

吳再華 男，1971年出生，湖南益陽人，講師，工學碩士。研究方向為現代電子技術、信號與信息處理、智能控制技術等。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”