HDB3碼型變換

1、通信原理實驗通信原理實驗電子信息工程學(xué)院學(xué)生： XX 學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 王 琴 同組成員： 00 日期： 2014 年 11 月 上課時間：星期 三 第 四 大節(jié)1碼型變換碼型變換3姓名： XX 學(xué)號：122110XX 班級：通信 120X第九周 星期三 第四大節(jié)實驗名稱：碼型變換3一、一、 實驗前的準備實驗前的準備1、預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書上的相關(guān)內(nèi)容2、根據(jù)書后目錄確定本次實驗需要操作的測試孔及其位置3、了解 HDB3 編/解碼原理（詳細內(nèi)容見“四、基本原理”部分）4、理解定時提取的原理（詳細內(nèi)容見“四、基本原理”部分）二、二、 實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?、掌握 HDB3 編碼規(guī)則、解碼和解碼原理2、了

2、解鎖相環(huán)的工作原理與定時提取3、了解輸入信號對定時提取的影響4、了解信號的傳輸時延5、了解 AMI/HDB3 編譯碼集成芯片 CD22103三、三、 實驗儀器實驗儀器1、ZH5001A 通信原理綜合實驗系統(tǒng) 一臺2、20 MHz 雙蹤示波器 一臺四、四、 基本原理基本原理1、 HDB3 編碼規(guī)則HDB3 碼全稱三階高密度雙極性碼，屬偽三進制碼。主要是為了應(yīng)對 AMI 碼中連“0”過多不易提取缺點而對 AMI 碼進行改進的結(jié)果。它的編碼規(guī)則是：1）當(dāng)信息序列中出現(xiàn)四個連“0”碼時，就產(chǎn)生一個“破壞點”V，即將第四個“0”碼變?yōu)榕c前一非“0”符號同極性的符號，使碼元極性交替變化規(guī)律遭到破壞。2）為

3、保證最終信號無直流產(chǎn)生，插入的破壞點之間也要保證極性交替變化。3）當(dāng)兩規(guī)則沖突時，插入“補信碼”B 取得平衡。B 插入的位置應(yīng)該是交替變化規(guī)律被破壞的小節(jié)的第一位。2、HDB3 的譯碼每個破壞點總與前一非“0”碼元同極性。也就是說，從接收到的信號中找到破壞點V 很容易，而 V 碼及其前面三個碼元必為連續(xù)的三個“0” ，從而將恢復(fù)四個連“0” ，再講所有-1 變?yōu)?1 后即可得到原碼。3、編解碼電路編譯碼電路采用集成芯片 CD22103 實現(xiàn) HDB3 的編碼工作。同時電路中采用運放完成對 HDB3 的輸出進行電平變換，將輸出變換為單極性或雙極性碼。其組成框圖見（圖 1） 。得分2圖 1為進行

4、HDB3 編碼，應(yīng)將 CD22103 的三號引腳接+5V；AMI 編碼則將其接地。在編碼過程中，將 NRZ 碼及時鐘信號作為輸入，CD22103 將輸出兩路并行信號（15outHDB3號引腳）和（14 號引腳） 。兩信號均為半占空比的正脈沖信號，分別與 AMI 或outHDB3-HDB3 的正極性信號和負極性信號對應(yīng)。兩路信號經(jīng)差分放大器后，得到 AMI 或 HDB3 編碼。通過運放構(gòu)成的相加器，HDB3 將為單極性。在譯碼時，需將 AMI 或 HDB3 碼變換為兩路信號分別送到 CD22103 的第 11、13 引腳，這一變換有雙/單變換電路完成。該模塊內(nèi)各點測試點的安排如下（1）TPD01

5、：編碼輸入數(shù)據(jù)（256kbps） 。（2）TPD02:256kHz 編碼輸入時鐘（256kHz） 。（3）TPD03：HDB3 輸出+。（4）TPD04：HDB3 輸出-。（5）TPD05：HDB3 輸出（雙極性碼） 。（6）TPD06：譯碼輸入時鐘（256kHz） 。（7）TPD07：譯碼輸出數(shù)據(jù)（256kbps） 。（8）TPD08：HDB3 輸出（單極性碼） 。3、定時提取位定時提取電路采用鎖相環(huán)方法。在系統(tǒng)工作中鎖相環(huán)將接收端的 256kHz 時鐘鎖定在發(fā)端的 256kHz 的時鐘上，來獲得系統(tǒng)的同步時鐘。該鎖相環(huán)模塊由鎖相環(huán)，數(shù)字分頻器， TPD01 數(shù)據(jù)輸入 跳線器 M Dt 編碼

6、 譯碼 電平 變換 電平 變換 跳線器 TPD03 TPD04 TPD05 TPD08 HDB3 AMI 跳線器 KD03 發(fā)時鐘數(shù)據(jù)輸出shizhong 收時鐘TPD07 1-2 2-3 KD02 位定時提取電路 KD01 單極性碼shizhong 雙 極 性 碼shizhong 256KHz 帶通濾波器 模擬鎖相環(huán) （PLL） TPD06 TPD02 TPP01 UD01 UD02A UD02B 15 14 13 11 圖 3.3.1 AMI/HDB3 編譯碼模塊組成框圖 3D 觸發(fā)器，環(huán)路濾波器和輸入端的帶通濾波器組成。 鎖相環(huán)組成框圖見（圖 2） 。圖 24、主要芯片介紹（1）CD22

7、103 CD22103 型芯片是一種集編碼和譯碼一體的 CMOS 器件，工作速率為 50kbps10Mbps。內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和引腳排列見（圖 3） 。圖 3（2）CC4046CC4046 是一種 CMOS 單片數(shù)字鎖相環(huán)電路，內(nèi)含一個高性能的壓控振蕩器，兩個工作方式不同的相位比較強。壓控振蕩器產(chǎn)生 50%占空比的方波，振蕩頻率約為 0.51.2MHz。鎖相環(huán) CC4046 內(nèi)部結(jié)構(gòu)見（圖 4） ，引腳排列見（圖 5） 。4圖 4圖 5五、五、實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容1、HDB3 碼形變換規(guī)則驗證（1）通過 KX02 的設(shè)置，產(chǎn)生 7 位周期 m 序列。用示波器觀測如下數(shù)據(jù)：輸入數(shù)據(jù)（TPD01） ，HDB

8、3 輸出雙極性數(shù)據(jù)（TPD05）5從示波器中可以看出：HDB3 雙極性數(shù)據(jù)1-10010-11-10010-1輸入數(shù)據(jù)10111001011100由輸入數(shù)據(jù)可得：輸入數(shù)據(jù)與輸出的關(guān)系滿足 AMI 編碼關(guān)系，只是輸出數(shù)據(jù)有 3 位延遲。因為 M 序列中沒有出現(xiàn) 4 個連 0，所以 AMI 碼和 HDB3 碼是一樣的。輸入一個周期的數(shù)據(jù)如下：HDB3 雙極性數(shù)據(jù)1-10010-1輸入數(shù)據(jù)1100101（2）輸入數(shù)據(jù)（TPD01） ，AMI 輸入單極性碼數(shù)據(jù)（TPD08）6從示波器中可以看出：HDB3 蛋極性數(shù)據(jù)-1-100-10-1-1-100-10-1輸入數(shù)據(jù)10111001011100（3）拔

9、除 KD01，輸入數(shù)據(jù)為全 1 碼。用示波器觀測數(shù)據(jù)如下：從示波器中可以看出：HDB3 雙極性數(shù)據(jù)1-11-11-11-11-11-11-1輸入數(shù)據(jù)11111111111111全 1 碼輸入的時候，HDB3 雙極性碼正負極性交替出現(xiàn)。輸入數(shù)據(jù)（TPD01） ，HDB3 輸出單極性碼數(shù)據(jù)（TPD08）7從示波器中可以看出：HDB3 單極性數(shù)據(jù)-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1輸入數(shù)據(jù)11111111111111（4）KD01 跳線中間接地，輸入數(shù)據(jù)全 0 碼。用示波器觀測數(shù)據(jù)如下：從示波器中可以看出：HDB3 雙極性數(shù)據(jù)01-100-11輸入數(shù)據(jù)00000008解碼時，遇到

10、相同的兩個極性就扔掉，可以恢復(fù)原來的全 0 序列。輸入數(shù)據(jù)（TPD01） ，HDB3 輸出單極性碼數(shù)據(jù)（TPD08）從示波器中可以看出：HDB3 單極性數(shù)據(jù)0-1-100-1-1輸入數(shù)據(jù)00000002、 HDB3 碼譯碼和時延測量將 KD01 設(shè)置在 M 位置，將 CMI 編碼模塊內(nèi)的 M 序列類型選擇跳線開關(guān) KX02 時至在左端，產(chǎn)生 15 位周期 M 序列；將鎖相環(huán)模塊內(nèi)輸入信號選擇跳線開關(guān) KP02 設(shè)置在HDB3 位置（左端） 。將極性碼開關(guān)設(shè)置在 KD02，選為單極性，測量 TPP01 與 TPP02，得到波形見下圖：從圖中可以看出，HDB3 大概有 8 個時鐘的延時，與理論相同

11、：編碼、譯碼各有 4 個時鐘時延。3、HDB3 時鐘編碼中時鐘分量的定性觀測（TPP01 為同步時鐘分量，TPP02 為放大后的同步時鐘分量）（1）通過 KX02 設(shè)置，產(chǎn)生 15 位周期 m 序列：KP02 設(shè)置在 HDB3 位置；KD01 設(shè)8置9為輸入 m 序列；KD02 分別設(shè)置為單極性碼輸出和雙極性碼輸出。用示波器觀測如下數(shù)據(jù)：KD02 設(shè)置到右端，用示波器測量 TPP01、TPP02，TPP01 波形見（圖 6） ；TPP02 波形見（圖 7） 。圖 6輸出的同步時鐘信號為準正弦波，頻率在 256kHz 左右。波形不完美的原因在于所用帶通濾波器的特性并非理想的。圖 7經(jīng)運放限幅放大

12、，得到時鐘信號。（2）前面測得了單極性的波形，下面，將 KD02 設(shè)置在左端，測試雙極性碼。用示波器測量 TPP01、TPP02，TPP01 波形見（圖 8） ；TPP02 波形見（圖 9） 。10圖 8示波器波形雜亂，因此不能確定此波是正弦波抑或準正弦波圖 9由圖可見，對圖 8 中的信號做限幅放大后所得的波形依舊是雜亂的，并非時鐘信號。（3）將 KD02 設(shè)置在右端，測試單極性碼的條件下全 1 信號的時鐘信號，用示波器測量 TPP01，TPP01 波形如下：11近似為正弦波（4）將輸入數(shù)據(jù)該設(shè)為全 0:，測試 TPP01 的波形如下：波形也近似為正弦波。簡單的總結(jié)一下，我們有下面的結(jié)論： H

13、DB3 單極性碼含有時鐘分量；雙極性碼不含有時鐘分量或是較少的時鐘 分量。HDB3 碼是否含有時鐘分量與發(fā)送的序列無關(guān)，無論是 M 序列，全 0 碼，全 1 碼。（4）HDB3 譯碼定時恢復(fù)測量通過 KX02 的設(shè)置，產(chǎn)生 7 位周期 m 序列；KP02 設(shè)置在 HDB3 位置。KD02 分別設(shè)置為單極性碼輸出和雙極性碼輸出。用示波器觀測如下數(shù)據(jù)：12m 序列，單極性碼時發(fā)送時鐘（TPD02） ，接收時鐘（TPD06）從示波器的圖中可以看出，接收時鐘和發(fā)送時鐘有延時。具體延時無法確定。m 序列，雙極性碼時發(fā)送時鐘（TPD02） ，接收時鐘（TPD06）雙極性碼時接收端并沒有得到時鐘信號KD01

14、 設(shè)置輸入為全 1 序列；KD02 分別設(shè)置為單極性碼輸出和雙極性碼輸出。用示波器觀測如下數(shù)據(jù)：全 1 序列，單極性碼時發(fā)送時鐘（TPD02） ，接收時鐘（TPD06）13從示波器的圖中可以看出，接收時鐘和發(fā)送時鐘有延時。全 1 序列，雙極性碼時發(fā)送時鐘（TPD02） ，接收時鐘（TPD06）雙極性碼時接收端并沒有得到時鐘信號。六、六、思考題思考題1、簡述 AMI 和 HDB3 碼型的特點答：AMi 碼即傳號交替反轉(zhuǎn)碼。其特點是 1 碼有+1 與-1 交替表示；而 0 碼只有一種表示，因此是一種偽三元碼。它具有內(nèi)在的檢錯能力，若交替反轉(zhuǎn)規(guī)律遭到破壞，極易查到。其單極性歸零碼中含有時鐘分量。其編碼電路簡單。但當(dāng)信息中連 0 較多時，不易提取時鐘分量。HDB3 碼是 AMI 的改進型，克服了 AMI 連 0 較多時的弊端。它的特點是在出現(xiàn)四個11連140 時添加破壞碼，同時保證直流分量為零，添加補信碼。此碼具有檢錯能力，且接收端解碼容易。但編碼較復(fù)雜。2、AMI 碼與 HDB3 碼的主要區(qū)別是什么？答：主要區(qū)別在于對連續(xù)出現(xiàn)四個連 0 時的處理不同。當(dāng)信息序列中不存在四個連 0時，AMI 碼與 HDB3 碼相同；而當(dāng)出現(xiàn)四個連 0 時，HDB3 碼需要將第四個碼元變?yōu)槠茐拇a，同時檢查是否需要補信碼。3、編碼輸入和解碼輸出的延時是如何產(chǎn)生的？答：編碼輸入和解碼輸