CN105162471A - 一种差分曼彻斯特解码电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于无线通信技术领域，提供了一种差分曼彻斯特解码电路及方法，所述电路包括：波形转化单元，用于对接收到的方波信号进行采样，以采样到高电平或低电平对采样计数器做不同类型计算操作将所述方波信号转化为三角波信号；信号判断单元，用于分别以预设高电平门限和预设低电平门限来判断所述三角波信号的高低电平，并通过判断所述三角波信号的波峰和波谷恢复出解码时钟和中间数据；数据解码单元，用于以所述解码时钟对所述中间数据进行两次采样并将采样后的数据经过异或处理，获得解码数据，本发明，通过采样计数器的自加减来消除时钟偏差的影响，电路结构简单，误码发生率低。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种差分曼彻斯特解码电路及方法。
背景技术
曼彻斯特编码(ManchesterEncoding,ME)，也叫做相位编码，是一个同步时钟编码技术，常用于局域网传输。曼彻斯特编码是一种数据同步传输的编码方式，每一位的中间有一跳变，从低到高跳变表示0，从高到低跳变表示1；也可相反的定义，从低到高跳变表示1，从高到低跳变表示0,而差分曼彻斯特编码在曼彻斯特编码基础上有进一步的改进，在码流中与前一个跳沿同向的为数据0，反向的为数据1，如图1所示，因此，曼彻斯特解码时需要区分接收码流中的长电平和短电平。
中国发明专利CN201210126893.5的解码方法是：根据预设的采样间隔对基于差分曼彻斯特编码的信号进行采样，得到一系列采样点，然后将得到的各采样点的幅值-时间特征转化为时间特征，得到与上述一系列采样点对应的时间流数据；进而根据差分曼彻斯特编码中码元0和码元1对应的波形相位翻转处与X轴的交点与前一个码元对应的波形与X轴的最后一个交点之间的时间差关系，从时间流数据中解析出码元值。该技术存在以下不足：需要一个较为精确的采样时钟来进行计数，从而进行跳变沿的长度判断和时钟恢复，但是在实际的电路系统中，精确的采样时钟可能难以达到，例如在芯片内部的RC振荡器，其产生的时钟精度可能有正负30％的偏差，这样可能导致较高误码率发生。
发明内容
本发明实施例提供了一种差分曼彻斯特解码电路及方法，旨在解决现有需要一个较为精确的采样时钟来进行计数，从而进行跳变沿的长度判断和时钟恢复，但是在实际的电路系统中，精确的采样时钟可能难以达到，从而导致较高误码率发生的问题。
一方面，提供一种差分曼彻斯特解码电路，包括：
波形转化单元，用于对接收到的方波信号进行采样，以采样到高电平或低电平对采样计数器做不同类型计算操作将所述方波信号转化为三角波信号；
信号判断单元，用于分别以预设高电平门限和预设低电平门限来判断所述三角波信号的高低电平，并通过判断所述三角波信号的波峰和波谷恢复出解码时钟和中间数据；
数据解码单元，用于以所述解码时钟对所述中间数据进行两次采样并将采样后的数据经过异或处理，获得解码数据。
进一步地，所述电路还包括：
信号滤波单元，用于对接收到的数字信号进行平均窗滤波，获得所述方波信号。
进一步地，所述信号滤波单元具体用于将接收到的数字信号输入至一个N位移位寄存器，N为大于等于8的正整数；通过加法器对所述移位寄存器中的每一比特位进行求和结果；将所述求和结果与第一配置寄存器、第二配置寄存器进行比较，其中，如果所述求和结果大于等于第一配置寄存器的值，则滤波会后的数据为1，如果所述求和结果小于等于第二配置寄存器的值，则滤波会后的数据为0，其它情况下滤波后的数据不变，将最终获得滤波后的数据作为方波信号输出，所述第一配置寄存器中预置的是大于等于N/2的整数，所述第二配置寄存器中预置的是小于等于N/2的整数。
进一步地，所述波形转化单元具体包括：
计数器初始化模块，用于采样计数器初始化为0；
信号判断模块，用于对方波信号进行高低电平判断，如果采样到高电平，执行计算器加模块，如果采样到低电平，执行计算器减模块，直至所述方波信号结束，将所述方波信号转化为三角波信号；
计算器加模块，用于所述采样计数器加1；
计算器减模块，用于所述采样计数器减1。
进一步地，所述预设高电平门限为所述三角波信号的均值电平和采样计数器的波峰中间的某个幅值点；所述预设低电平门限为所述三角波信号的均值电平和采样计数器的波谷中间的某个幅值点。
进一步地，所述信号判断单元具体还用于在所述三角波信号的上跳沿，所述采样计数器的值小于等于所述预设低电平门限；在所述三角波信号的下跳沿，所述采样计数器的值大于等于所述预设高电平门限；在上述两种情况下均可产生解码时钟的时钟跳变。
另一方面，提供一种差分曼彻斯特解码方法，包括：
对接收到的方波信号进行采样，以采样到高电平或低电平对采样计数器做不同类型计算操作将所述方波信号转化为三角波信号；
分别以预设高电平门限和预设低电平门限来判断所述三角波信号的高低电平，并通过判断所述三角波信号的波峰和波谷恢复出解码时钟和中间数据；
以所述解码时钟对所述中间数据进行两次采样并将采样后的数据经过异或处理，获得解码数据。
进一步地，所述对接收到的方波信号进行采样，以采样到高电平或低电平对采样计数器做不同类型计算操作将所述方波信号转化为三角波信号之前还包括：
对接收到的数字信号进行平均窗滤波，获得所述方波信号。
进一步地，所述对接收到的数字信号进行平均窗滤波，获得所述方波信号具体：
将接收到的数字信号输入至一个N位移位寄存器，N为大于等于8的正整数；
通过加法器对所述移位寄存器中的每一比特位进行求和结果；
将所述求和结果与第一配置寄存器、第二配置寄存器进行比较，其中，如果所述求和结果大于等于第一配置寄存器的值，则滤波会后的数据为1，如果所述求和结果小于等于第二配置寄存器的值，则滤波会后的数据为0，其它情况下滤波后的数据不变，将最终获得滤波后的数据作为方波信号输出，所述第一配置寄存器中预置的是大于等于N/2的整数，所述第二配置寄存器中预置的是小于等于N/2的整数。
进一步地，所述对接收到的方波信号进行采样，以采样到高电平或低电平对采样计数器做不同类型计算操作将所述方波信号转化为三角波信号具体：
S11采样计数器初始化为0；
S12对方波信号进行高低电平判断，如果采样到高电平，执行步骤S13，如果采样到低电平，执行步骤S14，直至所述方波信号结束，将所述方波信号转化为三角波信号；
S13所述采样计数器加1；
S14所述采样计数器减1。
进一步地，所述预设高电平门限为所述三角波信号的均值电平和采样计数器的波峰中间的某个幅值点；所述预设低电平门限为所述三角波信号的均值电平和采样计数器的波谷中间的某个幅值点。
进一步地，所述通过判断所述三角波信号的波峰和波谷恢复出解码时钟具体：
在所述三角波信号的上跳沿，所述采样计数器的值小于等于所述预设低电平门限；在所述三角波信号的下跳沿，所述采样计数器的值大于等于所述预设高电平门限；在上述两种情况下均可产生解码时钟的时钟跳变。
在本发明实施例，波形转化单元，用于对接收到的方波信号进行采样，以采样到高电平或低电平对采样计数器做不同类型计算操作将所述方波信号转化为三角波信号；信号判断单元，用于分别以预设高电平门限和预设低电平门限来判断所述三角波信号的高低电平，并通过判断所述三角波信号的波峰和波谷恢复出解码时钟和中间数据；数据解码单元，用于以所述解码时钟对所述中间数据进行两次采样并将采样后的数据经过异或处理，获得解码数据，本发明，通过采样计数器的自加减来消除时钟偏差的影响，电路结构简单，误码发生率低。
附图说明
图1是本发明背景技术提供的曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码示意图；
图2是本发明实施例一提供的差分曼彻斯特解码电路的结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的移动平均滤波电路结构示意图；
图4是本发明实施例一提供的差分曼彻斯特解码数据流图；
图5是本发明实施例一提供的解码时钟和中间数据的处理流程图；
图6是本发明实施例二提供的差分曼彻斯特解码方法的实现流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细描述：
实施例一
图2示出了本发明实施例一提供的差分曼彻斯特解码电路的具体结构框图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。在本实施例中，该电路包括：波形转化单元、信号判断单元、数据解码单元和信号滤波单元。
需要说明的是，在无线通信中，差分曼彻斯特编码由于效率高、耦合时钟编码信息等优点而大量采用，无线通信发送端通过脉冲宽度调制(Pulse-WidthModulation，PWM)等调制方式，将原始数据按差分曼彻斯特编完码后发送出去。无线接收端收到发送的波形时，通过放大器放大后再通过固定电平比较器分别对波形进行量化，得到数字信号。
其中，信号滤波单元，用于对接收到的数字信号进行平均窗滤波，获得所述方波信号。
具体的，所述信号滤波单元具体用于将接收到的数字信号输入至一个N位移位寄存器，N为大于等于8的正整数；通过加法器对所述移位寄存器中的每一比特位进行求和结果；将所述求和结果与第一配置寄存器、第二配置寄存器进行比较，其中，如果所述求和结果大于等于第一配置寄存器的值，则滤波会后的数据为1，如果所述求和结果小于等于第二配置寄存器的值，则滤波会后的数据为0，其它情况下滤波后的数据不变，将最终获得滤波后的数据作为方波信号输出，具体如图3所示，所述第一配置寄存器中预置的是大于等于N/2的整数，所述第二配置寄存器中预置的是小于等于N/2的整数。
波形转化单元，用于对接收到的方波信号进行采样，以采样到高电平或低电平对采样计数器做不同类型计算操作将所述方波信号转化为三角波信号；
在本实施例中，滤波后的方波信号存入寄存器中，然后采样计数器进行计数，每采样到高电平时，计数器的值加1；每采样到低电平时，计数器的值减1，这样方波经过处理后从采样计数器出来的波形变成三角波波形。如图4三角波变换(b)所示，具体的，所述波形转化单元具体包括：
计数器初始化模块，用于采样计数器初始化为0；
信号判断模块，用于对方波信号进行高低电平判断，如果采样到高电平，执行计算器加模块，如果采样到低电平，执行计算器减模块，直至所述方波信号结束，将所述方波信号转化为三角波信号；
计算器加模块，用于所述采样计数器加1；
计算器减模块，用于所述采样计数器减1。
信号判断单元，用于分别以预设高电平门限和预设低电平门限来判断所述三角波信号的高低电平，并通过判断所述三角波信号的波峰和波谷恢复出解码时钟和中间数据；
在本实施例中，所述预设高电平门限为所述三角波信号的均值电平和采样计数器的波峰中间的某个幅值点；所述预设低电平门限为所述三角波信号的均值电平和采样计数器的波谷中间的某个幅值点。预设高电平门限寄存器中存放预设高电平门限值，预设低电平门限寄存器中存放预设低电平门限值，三角波信号和高低电平门限值分别输入到比较器中。中间数据的产生方法如下：
(1)三角波的幅值大于等于预设高电平门限，中间数据为1；
(2)三角波的幅值小于等于预设低电平门限，中间数据为0；
(3)其他情况，中间数据不变，即保持为上次的结果。
其中，中间数据的输入波形，如图4中间数据(d)所示，预设高电平门限值的设置方法如下：取三角波信号的均值电平和采样计数器峰值中间的某个幅值点。优选的，预设高电平门限值为1/4，1/3，1/2，2/3，3/4的计数器峰值。同样可以设置预设低电平门限，取三角波的均值电平和计数器谷值中间的某个幅值点即可。进一步地，所述信号判断单元产生解码时钟具体为在所述三角波信号的上跳沿，所述采样计数器的值小于等于所述预设低电平门限；在所述三角波信号的下跳沿，所述采样计数器的值大于等于所述预设高电平门限；在上述两种情况下均可产生解码时钟的时钟跳变，如图4解码时钟(c)所示，通过电路变形为三角波信号时，因为是采样同一个始终进行增加和减少的计数，因此不同的时钟偏差只是图4三角波变换(b)中三角波的波峰高度不同，但是解码时钟和中间数据都保持不变。因此，上述设计可以完全消除时钟偏差的影响。
数据解码单元，用于以所述解码时钟对所述中间数据进行两次采样并将采样后的数据经过异或处理，获得解码数据。
在实施例中，用解码时钟对中间数据进行两次采样，具体处理电路如图5所示，解码时钟第一次采样中间数据后的波形如图4(e)所示，第二次采样后波形如图4(f)所示，将两次采样的数据经过异或处理，可得到解码数据，如图4(g)所示。
本实施例，通过采样计数器的自加减来消除时钟偏差的影响，误码发生率低，同时，电路结构简单、配置方便灵活，滤除毛刺宽度可调整，具备良好的适应性和实用性。
实施例二
图6示出了本发明实施例二提供的差分曼彻斯特解码方法的实现流程，详述如下：
在步骤S601之前，所述方法还包括：
对接收到的数字信号进行平均窗滤波，获得所述方波信号。
具体的，将接收到的数字信号输入至一个N位移位寄存器，N为大于等于8的正整数；
通过加法器对所述移位寄存器中的每一比特位进行求和结果；
将所述求和结果与第一配置寄存器、第二配置寄存器进行比较，其中，如果所述求和结果大于等于第一配置寄存器的值，则滤波会后的数据为1，如果所述求和结果小于等于第二配置寄存器的值，则滤波会后的数据为0，其它情况下滤波后的数据不变，将最终获得滤波后的数据作为方波信号输出，具体如图3所示，所述第一配置寄存器中预置的是大于等于N/2的整数，所述第二配置寄存器中预置的是小于等于N/2的整数。
在步骤S601中，对接收到的方波信号进行采样，以采样到高电平或低电平对采样计数器做不同类型计算操作将所述方波信号转化为三角波信号。
在本实施例中，滤波后的方波信号存入寄存器中，然后采样计数器进行计数，每采样到高电平时，计数器的值加1；每采样到低电平时，计数器的值减1，这样方波经过处理后从采样计数器出来的波形变成三角波波形，如图4三角波变换(b)所示，具体还包括：
S11采样计数器初始化为0；
S12对方波信号进行高低电平判断，如果采样到高电平，执行步骤S13，如果采样到低电平，执行步骤S14，直至所述方波信号结束，将所述方波信号转化为三角波信号；
S13所述采样计数器加1；
S14所述采样计数器减1。
在步骤S602中，分别以预设高电平门限和预设低电平门限来判断所述三角波信号的高低电平，并通过判断所述三角波信号的波峰和波谷恢复出解码时钟和中间数据。
在本实施例中，所述预设高电平门限为所述三角波信号的均值电平和采样计数器的波峰中间的某个幅值点；所述预设低电平门限为所述三角波信号的均值电平和采样计数器的波谷中间的某个幅值点。预设高电平门限寄存器中存放预设高电平门限值，预设低电平门限寄存器中存放预设低电平门限值，三角波信号和高低电平门限值分别输入到比较器中。中间数据的产生方法如下：
(1)三角波的幅值大于等于预设高电平门限，中间数据为1；
(2)三角波的幅值小于等于预设低电平门限，中间数据为0；
(3)其他情况，中间数据不变，即保持为上次的结果。
其中，中间数据的输入波形，如图4中间数据(d)所示，预设高电平门限值的设置方法如下：取三角波信号的均值电平和采样计数器峰值中间的某个幅值点。优选的，预设高电平门限值为1/4，1/3，1/2，2/3，3/4的计数器峰值。同样可以设置预设低电平门限，取三角波的均值电平和计数器谷值中间的某个幅值点即可。进一步地，产生解码时钟具体为在所述三角波信号的上跳沿，所述采样计数器的值小于等于所述预设低电平门限；在所述三角波信号的下跳沿，所述采样计数器的值大于等于所述预设高电平门限；在上述两种情况下均可产生解码时钟的时钟跳变，如图4解码时钟(c)所示，通过电路变形为三角波信号时，因为是采样同一个始终进行增加和减少的计数，因此不同的时钟偏差只是图4三角波变换(b)中三角波的波峰高度不同，但是解码时钟和中间数据都保持不变。因此，上述设计可以完全消除时钟偏差的影响，
在步骤S603中，以所述解码时钟对所述中间数据进行两次采样并将采样后的数据经过异或处理，获得解码数据。
在本实施例中，用解码时钟对中间数据进行两次采样，具体处理电路如图5所示，解码时钟第一次采样中间数据后的波形如图4(e)所示，第二次采样后波形如图4(f)所示，将两次采样的数据经过异或处理，可得到解码数据，如图4(g)所示。
本实施例，通过采样计数器的自加减来消除时钟偏差的影响，误码发生率低，同时，电路结构简单、配置方便灵活，滤除毛刺宽度可调整，具备良好的适应性和实用性。
本发明实施例提供的差分曼彻斯特解码方法应用于在前述对应的电路实施例一中，详情参见上述实施例一的描述，在此不再赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (12)
1.一种差分曼彻斯特解码电路，其特征在于，包括：
波形转化单元，用于对接收到的方波信号进行采样，以采样到高电平或低电平对采样计数器做不同类型计算操作将所述方波信号转化为三角波信号；
信号判断单元，用于分别以预设高电平门限和预设低电平门限来判断所述三角波信号的高低电平，并通过判断所述三角波信号的波峰和波谷恢复出解码时钟和中间数据；
数据解码单元，用于以所述解码时钟对所述中间数据进行两次采样并将采样后的数据经过异或处理，获得解码数据。
2.根据权利要求1所述差分曼彻斯特解码电路，其特征在于，所述电路还包括：
信号滤波单元，用于对接收到的数字信号进行平均窗滤波，获得所述方波信号。
3.根据权利要求2所述差分曼彻斯特解码电路，其特征在于，所述信号滤波单元具体用于将接收到的数字信号输入至一个N位移位寄存器，N为大于等于8的正整数；通过加法器对所述移位寄存器中的每一比特位进行求和结果；将所述求和结果与第一配置寄存器、第二配置寄存器进行比较，其中，如果所述求和结果大于等于第一配置寄存器的值，则滤波会后的数据为1，如果所述求和结果小于等于第二配置寄存器的值，则滤波会后的数据为0，其它情况下滤波后的数据不变，将最终获得滤波后的数据作为方波信号输出，所述第一配置寄存器中预置的是大于等于N/2的整数，所述第二配置寄存器中预置的是小于等于N/2的整数。
4.根据权利要求1所述差分曼彻斯特解码电路，其特征在于，所述波形转化单元具体包括：
计数器初始化模块，用于采样计数器初始化为0；
信号判断模块，用于对方波信号进行高低电平判断，如果采样到高电平，执行计算器加模块，如果采样到低电平，执行计算器减模块，直至所述方波信号结束，将所述方波信号转化为三角波信号；
计算器加模块，用于所述采样计数器加1；
计算器减模块，用于所述采样计数器减1。
5.根据权利要求1所述差分曼彻斯特解码电路，其特征在于，所述预设高电平门限为所述三角波信号的均值电平和采样计数器的波峰中间的某个幅值点；所述预设低电平门限为所述三角波信号的均值电平和采样计数器的波谷中间的某个幅值点。
6.根据权利要求1所述差分曼彻斯特解码电路，其特征在于，所述信号判断单元具体用于在所述三角波信号的上跳沿，所述采样计数器的值小于等于所述预设低电平门限；在所述三角波信号的下跳沿，所述采样计数器的值大于等于所述预设高电平门限；在上述两种情况下均可产生解码时钟的时钟跳变。
7.一种差分曼彻斯特解码方法，其特征在于，所述方法包括：
对接收到的方波信号进行采样，以采样到高电平或低电平对采样计数器做不同类型计算操作将所述方波信号转化为三角波信号；
分别以预设高电平门限和预设低电平门限来判断所述三角波信号的高低电平，并通过判断所述三角波信号的波峰和波谷恢复出解码时钟和中间数据；
以所述解码时钟对所述中间数据进行两次采样并将采样后的数据经过异或处理，获得解码数据。
8.根据权利要求7所述差分曼彻斯特解码方法，其特征在于，所述对接收到的方波信号进行采样，以采样到高电平或低电平对采样计数器做不同类型计算操作将所述方波信号转化为三角波信号之前还包括：
对接收到的数字信号进行平均窗滤波，获得所述方波信号。
9.根据权利要求8所述差分曼彻斯特解码方法，其特征在于，所述对接收到的数字信号进行平均窗滤波，获得所述方波信号具体：
将接收到的数字信号输入至一个N位移位寄存器，N为大于等于8的正整数；
通过加法器对所述移位寄存器中的每一比特位进行求和结果；
将所述求和结果与第一配置寄存器、第二配置寄存器进行比较，其中，如果所述求和结果大于等于第一配置寄存器的值，则滤波会后的数据为1，如果所述求和结果小于等于第二配置寄存器的值，则滤波会后的数据为0，其它情况下滤波后的数据不变，将最终获得滤波后的数据作为方波信号输出，所述第一配置寄存器中预置的是大于等于N/2的整数，所述第二配置寄存器中预置的是小于等于N/2的整数。
10.根据权利要求7所述差分曼彻斯特解码方法，其特征在于，所述对接收到的方波信号进行采样，以采样到高电平或低电平对采样计数器做不同类型计算操作将所述方波信号转化为三角波信号具体：
S11采样计数器初始化为0；
S12对方波信号进行高低电平判断，如果采样到高电平，执行步骤S13，如果采样到低电平，执行步骤S14，直至所述方波信号结束，将所述方波信号转化为三角波信号；
S13所述采样计数器加1；
S14所述采样计数器减1。
11.根据权利要求7所述差分曼彻斯特解码方法，其特征在于，所述预设高电平门限为所述三角波信号的均值电平和采样计数器的波峰中间的某个幅值点；所述预设低电平门限为所述三角波信号的均值电平和采样计数器的波谷中间的某个幅值点。
12.根据权利要求7所述差分曼彻斯特解码方法，其特征在于，所述通过判断所述三角波信号的波峰和波谷恢复出解码时钟具体：
在所述三角波信号的上跳沿，所述采样计数器的值小于等于所述预设低电平门限；在所述三角波信号的下跳沿，所述采样计数器的值大于等于所述预设高电平门限；在上述两种情况下均可产生解码时钟的时钟跳变。
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