1553B總線中曼徹斯特編解碼器的設計

0 引言
曼徹斯特碼是一種總線數據傳輸雙極性碼。在數字信號基帶傳輸中，通過這種信道編碼技術可使傳送數據同時攜帶時鐘信息，故也稱其為自同步曼徹斯特碼。在信道傳輸中曼徹斯特碼有很好的抗干擾能力。接收端可以將分離出的時鐘用于解碼，從而簡化了解碼過程。
針對曼徹斯特碼特點，可采用位同步方法提取時鐘，常采用濾波法和數字鎖相環法。濾波法采用的窄帶濾波器不適合數字電路使用。數字鎖相環法通過比較接收碼元和本地碼元為定時時鐘的相位來添加扣除時鐘脈沖，以達到調整相位的目的，但電路實現過于復雜。本文提出的時鐘分離電路比數字鎖相環簡單，而且提取出來的時鐘可以準確地采樣到曼徹斯特碼信號。

1 曼徹斯特碼
曼徹斯特碼是一種廣泛用于以太網、短距離無線通信、航空電子綜合系統中總線數據傳輸的雙極性碼。它的每個碼元中點都存在一個電平跳變，1信號為一個從1到0的負跳變；0信號為一個從0到1的正跳變。由于曼徹斯特碼在頻譜中存在很強的定式分量，解碼時可將分離出的時鐘用來解碼。另一方面，1553B傳輸電纜呈容性負載特性，所以在信號傳輸中，直流和低頻分量將受到很大的衰減。曼徹斯特碼頻譜中不存在直流分量，而且低頻分量也大大減小，很適合在1553B電纜中傳輸。
MIL-STD-1553B協議中采用的曼徹斯特碼數據格式如圖1所示。

同步頭：占三位碼元長度。命令字或狀態字同步頭的前1．5倍碼元長度為高電平；后1．5倍碼元長度為低電平，數據字同步頭剛好相反。同步頭用于區分字的類型以及標識字傳輸開始。
數據：16位數據位。圖中bit3為數據最高位，依次遞減，bit18為數據最低位。
奇偶校驗位：這里采用奇校驗。將16位數據按位同或的結果作為奇校驗位。

2 曼徹斯特編碼器的設計
由于曼徹斯特碼的每個碼元在其中心存在電平跳變，所以編碼器的發送時鐘頻率至少應選擇信息傳輸速率的2倍頻。
通常編碼器的實現方式有2種，基于移位寄存器，或者數據選擇器。移位寄存器型編碼器需要在編碼開始后將同步頭位、數據位、奇偶校驗位通過字符格式編排器編排成一個并行數據，然后在發送時鐘的控制下串行移位輸出；數據選擇器型編碼器需要在編碼開始后啟動一個計數器，在計數器的控制下分別送出同步頭、數據位、奇偶效驗位。本文的編碼器采用后者，其結構框圖如圖2所示。