摘 要：介紹了一種遙測PCM碼流解碼系統(tǒng)的設(shè)計，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。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現(xiàn)。給出了PCM解碼系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計，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)計已用于某遙測系統(tǒng)的地面測試臺，具有工作穩(wěn)定，抗干擾能力強的特點。

關(guān)鍵詞：PCM解碼;幀同步;碼同步;串并轉(zhuǎn)換

中圖分類號：TN707 文獻標識碼：B 文章編號：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

遙測系統(tǒng)是測量導彈、衛(wèi)星、航天器及武器系統(tǒng)內(nèi)/外部的環(huán)境參數(shù)，獲取地面試驗和飛行試驗數(shù)據(jù)不可缺少的一個部分，本系統(tǒng)采用PCM 體制，以多路復(fù)用的方式進行數(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、碼同步和信號流；±2.5 V形式只包含信號流。

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)計需要大容量的存儲單元。對此，本文提出了一種遙測瞬態(tài)信號的采集策略，它通過外觸發(fā)信號(計幀同步)啟動緩存來實現(xiàn)，緩存可以用大容量的FIFO準確地接受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CPLD來完成，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)部實現(xiàn)，并可以進行時序仿真，從而大大節(jié)省了電路的調(diào)試時間，同時，通過對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

PCM解碼的關(guān)鍵：串并轉(zhuǎn)換和電平轉(zhuǎn)換。圖1是設(shè)計方案圖。對于422通信接口，在碼同步、幀同步和PCM數(shù)據(jù)信號的跳變過程中，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擾，并且彈上其他系統(tǒng)對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全部隔離可以防止其他系統(tǒng)的電磁輻射干擾；同時光電耦合器件是一個電流驅(qū)動的器件，在它的輸入端加上反向二極管也可以消除信號之間的串繞。另外在CPLD核心控制內(nèi)部還要對碼同步信號進行消抖，主要用來消除CLK信號在傳輸過程中受到的干擾。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)流在碼同步信號作用下，通過移位寄存器轉(zhuǎn)換為8路并行數(shù)據(jù)，并行數(shù)據(jù)在子同步 (路同步)信號的作用下取出，在控制電路的配合下，存入FIFO緩沖器中。當FIFO存至半滿時，系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)生的半滿信號，由計算機控制讀取數(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)的變化是隨同步時鐘的下降沿而變化的，為了使解碼準確可靠，應(yīng)在同步時鐘的上升降沿進行解碼。另外，幀同步脈沖的上升沿表示一幀數(shù)據(jù)的開始。相比較而言，422方式的解碼主要是進行串并轉(zhuǎn)換。

CPLD內(nèi)部原理圖模塊標示如圖3所示。輸入：“HCLK”表示系統(tǒng)時鐘信號，“CLK”表示PCM碼同步時鐘，“FSYN”表示幀同步信號，“PCMS”表示數(shù)據(jù)流；輸出“F8”表示緩存器FIFO的寫信號，“DAOUT”表示8位并行數(shù)據(jù)。幀同步信號出現(xiàn)上升沿就意味著一幀的開始。碼同步信號發(fā)生上升沿的變化，表示數(shù)據(jù)流的1位。系統(tǒng)時鐘在碼同步信號發(fā)生上升沿的變化后計數(shù)，計夠4個系統(tǒng)時鐘數(shù)據(jù)流，并且逐步移位到同一個寄存器中，同時送出數(shù)據(jù)到“DAOUT”。時序如圖4所示。

4 ±2.5 V方式解碼

由于±2.5 V形式只包含信號流，因此±2.5 V數(shù)據(jù)信號解碼方式關(guān)鍵在于提取碼同步信號和幀同步信號。碼同步器的設(shè)計至關(guān)重要，不僅監(jiān)測輸入的PCM碼流，而且在獲取字同步、幀同步以及數(shù)據(jù)存儲、處理的過程中為系統(tǒng)提供一個準確的碼同步時鐘信號。

(1) 碼同步的實現(xiàn)

過去的碼同步器由模擬鎖相環(huán)路來實現(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，其特點是適應(yīng)性好，頻率跟蹤快。整個系統(tǒng)由一個可編程數(shù)字濾波器、一個雙邊沿提取器、一個數(shù)字預(yù)測器和一個合成器組成，如圖5所示。

由于輸入信號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可編程數(shù)字濾波器。雙邊沿提取器的作用是在輸入信號的跳變碼元的上升沿或下降沿處產(chǎn)生邊沿脈沖，是輸入信號頻率及相位的真實反映，可有效校準碼同步器鎖定的精度。在同步過程中，當輸入的碼值發(fā)生變化時，將在邊沿產(chǎn)生一個躍變，此時雙邊沿提取器將產(chǎn)生邊沿脈沖信號edge，同時控制預(yù)測器使其復(fù)位，禁止預(yù)測輸出；當輸入的碼值為連“1”或連“0”時，無邊沿變化，邊沿提取器停止工作，無edge輸出，此時預(yù)測器開始工作，產(chǎn)生預(yù)測的本地碼同步信號pred，pred由clk分頻獲得，并由edge對齊相位。邊沿提取器與預(yù)測器輸出的信號經(jīng)合成器合成輸出，二者協(xié)同完成碼時鐘信號的恢復(fù)。為了提高數(shù)據(jù)提取的準確性，解決pred與輸入信號頻率誤差造成的相位移動，將碼同步向后移位180°。

(2) 幀同步的實現(xiàn)

為了從傳輸信號流中恢復(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)比特序列進行正確的分組，它一般通過傳輸數(shù)據(jù)格式的特殊設(shè)計來實現(xiàn)，即在數(shù)據(jù)序列中插入特殊字符同步碼，通過它來描述系統(tǒng)的幀同步方式和實現(xiàn)方法。具體的實現(xiàn)情況如圖6所示。

由于信號是串行輸入的，而存儲電路數(shù)據(jù)位是8位，因此需要將連續(xù)的8個比特數(shù)據(jù)組成一個字節(jié)，每次計滿8個輸入碼同步流信號就輸出一個字節(jié)的同步脈沖信號，然后利用幀同步、副幀同步信號對計數(shù)器進行復(fù)位。

5 結(jié) 語

本系統(tǒng)工作穩(wěn)定，能準確地解調(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，工作可靠性高。該解碼系統(tǒng)已經(jīng)成功地應(yīng)用于某遙測系統(tǒng)的地面測試臺。

參 考 文 獻

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

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作者簡介 閆曉燕 女，1977年出生，山西交城人，中北大學電子與計算機科學技術(shù)學院。研究方向為測試計量技術(shù)及儀器。