基于FPGA的IRIG-B編碼器實現

2 系統方案
2．1 系統原理框圖
設計授時系統需要一個精準時基。在此利用精密授時型GPS引擎M12T作為系統時基，利用AlteraFPGA檢測M12T輸出的百分秒(100 pps)同步信號和經串口輸出的絕對時間信號，編碼后輸出到DC／AC接口模塊，再輸出到物理鏈路，系統結構圖如圖2所示。

上述系統首先實現了B碼直流編碼，而后在直流碼的基礎上實現交流調制，以得到交流碼，同時提供恢復每秒脈沖數輸出和隔離RS 232串行口輸出且符合Motorola格式的時間碼，以及數碼管的時間顯示。時間顯示部分用FPGA實現比較簡單，下文不再詳述。
2．2 GPS授時模塊M12T
M12接收器是Motorola公司優秀ONCORE家族中的新成員，廣泛用于各類定位、導航、授時設備中，擁有全GPS行業內最快的初次定位時間和重捕獲衛星的時間。M12T是針對GPS授時推出的定時精度更高的增強型產品。M12T具有12個并行通道，可同時跟蹤12顆衛星，重捕獲時間小于1．O s。當擁有當前天歷、位置、時間和星歷數據時。首次定位時間TTFF15 s。在位置保持狀態時，定時精度(1 pps或100 pps)小于12 ns。
2．3 FPGA和DAC
FPGA采用Altera CycloneⅡEPC2C5T144，該芯片有4 608個LE，26個M4K．兩個模擬鎖相環。DAC采用單通道、單電源、自帶基準的MAX5712。MAX5712是微型引腳，12 b解析度，片上精密輸出放大器提供滿擺幅輸出。MAX5712用兼容SPITM／QSPITM／MICROWIRETM和DSt標準接口的3線串行接口。所有輸入都兼容于CMOS邏輯，并經過施密特觸發器緩沖，允許直接接光電耦合器。MAX5712含有上電復位(POR)電路，確保上電時DAC處于零電壓輸出狀態。

3 時鐘模塊實現
3．1 基準時刻和索引脈沖的提取
要保證B碼每個碼元的上升沿時刻準確，需要100 pps的精確時基和pps的參考點。一般的做法是用pps作為基準，每個碼元的起點由前兩個秒脈沖的間隔等分得到。這種方法使用上一時刻來預測下一秒，每秒脈沖有抖動時會導致最后一個碼元寬度不足或超過10 ms，這將無法利用B碼來實現時間同步和數據等間隔同步的采集。本文直接使用M12T產生的100 pps信號作為每個碼元的起始時刻，然后再從100 pps信號中恢復出1 pps。由于B碼參考標記Pr=1 pps的上升沿，所以這種方法既保證Pr的準確性，又保證各個碼元和索引標記時刻的準確性。在有等間隔同步數據采樣要求的場合，可使用每個B碼碼元的上升沿校準本地時基，確保采樣同步和時間同步。