CN100568738C - 带同步时钟的脉宽调制式光纤通信编码解码方法及电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带同步时钟的脉宽调制式光纤通信编码解码方法及电路，属于光纤通信技术领域。该方法关键点在于：(a)每个码元的周期为T，均为一个从零电平到高电平的脉冲，每个码元的结束均为零电平，码“0”的脉冲宽度为T0，码“1”的宽度为T1，且T0＜T1＜T；(b)接收端通过检测每个码元开始的上升沿，以获取位同步信息，通过检测每个码元中高电平脉冲的宽度获取码值。本发明的编码和解码电路简单可靠，实现容易方便，特别适合于工业控制中各类串行型式的光纤通信传输。
Description
技术领域
本发明涉及到光纤通信，特别是涉及到一种工业控制用光纤通信码型方法及编码解码电路。
背景技术
光纤数字通信具有容量大、损耗低、抗干扰能力强等优点，近年来得到了迅速发展，广泛应用于电信、电力、铁路、矿业等系统。
在数字通信系统中，信号可以采用不同的码型进行传输。而在光纤数字通信系统中，由于光只能以通、断这两种方式代表二进制信号，因此，众多的双极性码、多电平码均不能适用。光纤数字通信使用的基本线路码必须是单极性码。
来自数字信号源的信号通常是单极性非归零码(NRZ)，其特点是，用高电平和低电平(通常是零电平)分别表示数据“1”、“0”，一个码元周期内其电平保持不变。如附图1中(a)所示。采用这种编码格式传输的信号最易于处理。但是，单极性非归零码的信号也存在一些缺点。例如，这种编码中不含有时钟信息，不能直接提取同步信号，因此，当数据流中存在长的连续“1”或者连续“0”信号段时，将导致定时信息的减少，使接收端的时钟恢复变得困难。
为了解决上述问题，通常将单极性非归零码信号进行一定的处理，转换成另外的格式再进行传输。单极性归零码(RZ)是一种常用的码型格式，其特点是，采用一个宽度小于码元持续时间的归零脉冲来表示“1”码，而传送“0”码时不发送脉冲。如附图1中(b)所示。与单极性非归零码相比，其脉冲宽度变窄，在没有到一个码元的终止时刻就回到零值。这种编码的优点是发送的数据流中包含着时钟信息，接收端可从中提取同步信号。
由于上述单极性归零码的“0”信号不存在脉冲，因此接收侧不能通过直接检测脉冲的方法进行位的同步与数据的判决。而通常采用的提取同步信号的方法，如滤波法、锁相法等电路复杂，实现难度大。
另外，光纤通信中常用的码型还有曼彻斯特编码、mBnB码等，它们的信息中都包含时钟信号，但是它们的传输速率也增加到编码前的非归零码速率的k(1＜k≤2)倍。而k值较小时，其编解码电路比较复杂。
异步通信则无须在接收端检测信号时钟的频率与相位，它的收、发的时钟是各自独立的，时钟的频率与相位不要求完全一致，允许存在一定的误差。在异步通信的接收端，通常有一个独立的时钟，其产生的脉冲频率位数据频率的N倍，用这个独立时钟对线路状态进行检测，即接收器对检测脉冲进行N2计数，在每次计数满的时刻检测接收信号的电平。这样，异步通信的速率就受到一定的限制。
发明内容
本发明的目的在于提出一种码元自带同步信号的光纤通信码方法及简便的编码解码电路。
一种带同步时钟的脉宽调制式光纤通信编码解码方法，其特征在于包括以下步骤：
(a)、编码方法：每个码元的周期为T，均为一个从零电平到高电平的脉冲，每个码元的结束均为零电平，码“0”的脉冲宽度为T0，码“1”的宽度为T1，且T0＜T1＜T；
(b)、解码方法：接收端通过检测每个码元开始的上升沿，以获取位同步信息，通过检测每个码元中高电平脉冲的宽度获取码值。
一种实现上述方法的具体过程：
(a)、所述的编码方法具体过程如下：信源发出的并行数据经并串转换单元转换为串行数据，即得到了一组单极性非归零码，再输入比较器，与三角波发生单元发出的三角波进行电平的比较；当并串转换单元输出低电平即逻辑“0”时，比较器输出宽度为T0的窄脉冲；当并串转换单元输出高电平即逻辑“1”时，比较器输出宽度为T1宽脉冲；并串转换单元数据转换结束时，时钟触发单元输出低电平，输出单元被封锁无电平输出；
(b)、所述解码方法具体过程如下：延时触发单元检测接收信号的上升沿，当检测到上升沿后，延迟一定的时间τ，发出一个跳变信号到串并转换单元的时钟输入端，其中T0＜τ＜T1，串并转换单元在此跳变信号的控制下，其数据输入端立即读入与延时触发单元信号输入端并接的脉冲信号，因为延时触发单元的延迟时间τ设计为大于T0而小于T1，这时如果脉冲信号是宽脉冲，由于T1＞τ，所以经过延迟时间τ后信号输入端仍是高电平，这时如果脉冲信号是窄脉冲，由于T0＜τ，经过延迟时间τ后信号输入端变为低电平，由此完成“1”或“0”的位解码；延时触发单元的跳变信号同时也输入到计数单元的输入端，当对数据码元的计数值满一帧时，控制数据锁存单元将接收转换完成的并行数据锁存，从而完成一帧串行数据的解码和并行转换。
一种实现上述同步时钟的脉宽调制式光纤通信编码解码方法的编码解码电路，其特征在于由以下单元组成：
(a)、编码电路：信源的输出端与并串转换单元的输入端相连，并串转换单元的输出端与比较器的输入端相连，三角波发生单元输出端与比较器的反向端相连，比较器输出端与输出单元的输入端相连；并串转换单元和三角波发生单元的时钟输入端均与同一个时钟单元相连，以使三角波的频率与非归零码信号的频率相等。上述时钟单元还同时与一时钟触发单元的输入端相连，时钟触发单元的输出端与所述三态门输出单元使能端连接，数据传输结束时，时钟触发单元输出低电平，三态门输出单元使能端被封住，隔离数据输出端，避免后面光纤发送端的发光管常亮。
(b)、解码电路：接收端接收到的串行信号分成两路，一路与串并转换单元的输入端相连，另一路与延时触发单元的输入端相连；延时触发单元的输出端也分成两路，一路直接与串并转换单元的时钟输入端相连，另一路与计数单元相连；计数单元的输出与数据锁存单元的使能端相连；串并转换单元的输出端连接数据锁存单元的输入端。
采用这种码型的信号包含同步时钟信息，每个码元均由一个正向脉冲开始，同步周期内信号的脉冲宽度表达了位信息是“0”还是“1”，即两种占空比的信号分别代表“0”和“1”，同步时钟信息无须增加传送速率，编码和解码电路简单可靠，实现容易方便，特别适合于工业控制中各类串行型式的光纤通信传输。
附图说明
图1为几种数字通信码型的示意图，其中(a)为单极性非归零码(NRZ)，(b)为单极性归零码(RZ)，(c)为本发明提出的码型。
图2为本发明码型的数据采样时序示意图。
图3为发送端编码电路实施例的示意图。
图4为接收端解码电路实施例的示意图。
图中标号名称：301为信源单元，302为并串转换单元，303为三角波发生单元，304为时钟单元，305为比较器单元，306为三态门输出单元，307为时钟触发单元，R1和R2为参考电位设置电阻，R3为逻辑电平输入电阻，401为串并转换单元，402为延迟触发单元，403为计数单元，404为数据锁存单元。
具体实施方式
本发明所提出的光纤通信码型，利用脉冲宽度的不同来分别表示“0”和“1”。如附图1中(c)所示。具体的实施方式为：
每个码元的周期为T，开始均为一个从零电平到正电平脉冲，码“0”的脉冲宽度T0窄，而码“1”的宽度T1宽；每个码元的结束均为零电平。
与普通的单极性归零码相比，这种码型的“1”码和“0”码的开始均存在正向脉冲。由于每个码元的开始都有一个电平的上升沿，因此，接收端只需通过检测这个上升沿就可以获取位同步信息。如附图2所示，当检测到上升沿后，延时固定的时间τ对接收信号进行取样判决，即可将编码中的数据信息准确读出。
本发明所提出的码型可以由普通的单极性非归零码通过简单的变换得到，编码电路简便。下面结合实施例进行说明。
实施例中，发送段采用将信源的单极性非归零码与三角波相交截的方法，即两者分别输入到一个比较器的正反相输入端，进行电平的比较，输出端即得到需要的编码格式。如附图3所示，信源301发出的并行数据经并串转换单元302转换为串行数据，即得到了一组单极性非归零码。非归零码再输入比较器305，与三角波发生单元303发出的三角波进行电平的比较。比较器305的同相输入端由R1、R2预置初始参考电位，并串转换单元302输出低电平即逻辑“0”时，通过R3将参考电位拉低，比较器305输出窄脉冲；并串转换单元302输出高电平即逻辑“1”时，通过R3将参考电位抬高，比较器305输出宽脉冲。并串转换单元302数据转换结束时，时钟触发单元307输出低电平，三态门输出单元306使能端被封住，使数据传输结束时隔离数据输出端，避免后面光纤发送端的发光管常亮。并串转换单元302、三角波发生单元303、时钟触发单元307均使用同一个时钟单元304的时钟信号，三角波的频率与非归零码信号的频率严格相等。通过输入到比较器305一端的“0”或“1”与另一端的三角波相比较，便可得到所需的具有两种脉冲宽度的信号，即两种占空比的信号。整个解码电路简单可靠，由常规通用芯片即可组成，如时钟触发单元307可选用单稳态触发器。
本发明所提出的码型，由于每个码元均由一个正向脉冲开始，因此，解码也比较简便，可省去滤波器、锁相环等电路，采用少数的数字芯片即可实现。另外，与异步通信的接收端相比，可以省去N倍于信号传输速率的独立时钟。在下面结合实施例进行说明。
实施例中，接收端采用延时触发单元402检测时钟信息，即检测接收信号的上升沿。延时触发单元402检测到上升沿后，延迟一定的时间τ，发出一个跳变信号到串并转换单元401的时钟输入端。这个跳变信号实际就是接受数据位的时钟信息。串并转换单元401在此跳变信号的控制下，其数据输入端立即读入与延时触发单元402信号输入端并接的脉冲信号，因为延时触发单元402的延迟时间设计为T0＜τ＜T1，这时如果是宽脉冲，T1＞τ，经过延迟时间τ后信号输入端仍是高电平，这时如果是窄脉冲，T0＜τ，经过延迟时间τ后信号输入端变为低电平，由此完成“1”或“0”的位解码。延时触发单元402的跳变信号同时也输入到计数单元403的输入端，当对数据码元的计数值满一帧时，控制数据锁存单元404将接收转换完成的并行数据锁存，从而完成一帧串行数据的解码和并行转换。这种解码方法可以单字节8位、单字16位、双字32位或多字8N位为一帧工作。由此可见，接收端只使用少量的集成芯片，例如延迟触发器402可采用单稳态触发器，通过选取其外接阻容的值来满足延迟时间τ。
Claims (3)
1、一种带同步时钟的脉宽调制式光纤通信编码解码方法，其特征在于包括以下步骤：
(a)、编码方法：每个码元的周期为T，均为一个从零电平到高电平的脉冲，每个码元的结束均为零电平，码“0”的脉冲宽度为T0，码“1”的宽度为T1，且T0＜T1＜T；
(b)、解码方法：接收端通过检测每个码元开始的上升沿，以获取位同步信息，通过检测每个码元中高电平脉冲的宽度获取码值。
2、根据权利要求1所述的带同步时钟的脉宽调制式光纤通信编码解码方法，其特征在于：
(a)、所述的编码方法具体过程如下：信源(301)发出的并行数据经并串转换单元(302)转换为串行数据，即得到了一组单极性非归零码，再输入比较器(305)，与三角波发生单元(303)发出的三角波进行电平的比较；当并串转换单元(302)输出低电平即逻辑“0”时，比较器(305)输出宽度为T0的窄脉冲；当并串转换单元(302)输出高电平即逻辑“1”时，比较器(305)输出宽度为T1宽脉冲；并串转换单元(302)数据转换结束时，时钟触发单元(307)输出低电平使三态门输出单元(306)被封锁无电平输出；
(b)、所述解码方法具体过程如下：延时触发单元(402)检测接收信号的上升沿，当检测到上升沿后，延迟一定的时间τ，发出一个跳变信号到串并转换单元(401)的时钟输入端，其中T0＜τ＜T1，串并转换单元(401)在此跳变信号的控制下，其数据输入端立即读入与延时触发单元(402)信号输入端并接的脉冲信号，因为延时触发单元(402)的延迟时间τ设计为大于T0而小于T1，这时如果脉冲信号是宽脉冲，由于T1＞τ，所以经过延迟时间τ后信号输入端仍是高电平，这时如果脉冲信号是窄脉冲，由于T0＜τ，经过延迟时间τ后信号输入端变为低电平，由此完成“1”或“0”的位解码；延时触发单元(402)的跳变信号同时也输入到计数单元(403)的输入端，当对数据码元的计数值满一帧时，控制数据锁存单元(404)将接收转换完成的并行数据锁存，从而完成一帧串行数据的解码和并行转换。
3、一种实现权利要求2所述同步时钟的脉宽调制式光纤通信编码解码方法的编码解码电路，其特征在于由以下单元组成：
(a)、编码电路：信源(301)的输出端与并串转换单元(302)的输入端相连，并串转换单元(302)的输出端与比较器(305)的输入端相连，三角波发生单元(303)输出端与比较器(305)的反向端相连，比较器(305)输出端与三态门输出单元(306)的输入端相连；并串转换单元(302)和三角波发生单元(303)的时钟输入端均与同一个时钟单元(304)相连，以使三角波的频率与非归零码信号的频率相等；所述的时钟单元(304)还同时与时钟触发单元(307)的输入端相连，时钟触发单元(307)的输出端与所述三态门输出单元(306)使能端连接；
(b)、解码电路：接收端接收到的串行信号分成两路，一路与串并转换单元(401)的输入端相连，另一路与延时触发单元(402)的输入端相连；延时触发单元(402)的输出端也分成两路，一路直接与串并转换单元(401)的时钟输入端相连，另一路与计数单元(403)相连；计数单元(403)的输出与数据锁存单元(404)的使能端相连；串并转换单元(401)的输出端连接数据锁存单元(404)的输入端。
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