遥测PCM码流解码系统的设计

摘 要：介绍了一种遥测PCM码流解码系统的设计,系统能把接收到的±2.5 V PCM码流和422PCM码流还原出原始数据信息,按照帧结构分路存储。422码流解码的关键是串并的转换,±2.5 V PCM码流解码的关键是码同步和帧同步的实现。给出了PCM解码系统硬件电路的设计,并分别介绍了422方式和±2.5 V方式的PCM码流的解调办法。该电路设计已用于某遥测系统的地面测试台,具有工作稳定,抗干扰能力强的特点。

关键词：PCM解码;帧同步;码同步;串并转换

中图分类号：TN707 文献标识码：B 文章编号：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

遥测系统是测量导弹、卫星、航天器及武器系统内/外部的环境参数,获取地面试验和飞行试验数据不可缺少的一个部分,本系统采用PCM 体制,以多路复用的方式进行数据传输。本解码系统接受两种形式的PCM码流：422形式和±2.5 V形式。其中422形式包括帧同步、码同步和信号流；±2.5 V形式只包含信号流。

根据需要,系统中所接受的PCM码流信息量较大,并且基带频率较大,因而解调器的设计需要大容量的存储单元。对此,本文提出了一种遥测瞬态信号的采集策略,它通过外触发信号(计帧同步)启动缓存来实现,缓存可以用大容量的FIFO准确地接受PCM码流,然后送入PC。本模块属于接口控制模块的一部分,因此,控制逻辑用同一个CPLD来完成,使得解调器的大多数电路功能及其连线都在器件内部实现,并可以进行时序仿真,从而大大节省了电路的调试时间,同时,通过对CPLD芯片的重新编程,使解调器可以具有一定的通用性。

2 电路硬件系统设计

PCM解码的关键：串并转换和电平转换。图1是设计方案图。对于422通信接口,在码同步、帧同步和PCM数据信号的跳变过程中,由于线路之间存在寄生电容及其共地原因,互相之间存在着线间串扰,并且弹上其他系统对本电路也有电磁干扰,所以在解码电路必须采取有效的抗干扰措施,采用光电耦合器将输入和输出信号全部隔离可以防止其他系统的电磁辐射干扰；同时光电耦合器件是一个电流驱动的器件,在它的输入端加上反向二极管也可以消除信号之间的串绕。另外在CPLD核心控制内部还要对码同步信号进行消抖,主要用来消除CLK信号在传输过程中受到的干扰。FIFO系统选择了IDT公司的IDT7208,容量为64 kB。

整个PCM解调系统工作原理如下:串行PCM数据流在码同步信号作用下,通过移位寄存器转换为8路并行数据,并行数据在子同步 (路同步)信号的作用下取出,在控制电路的配合下,存入FIFO缓冲器中。当FIFO存至半满时,系统根据产生的半满信号,由计算机控制读取数据并处理。

3 422方式解码

422形式包括帧同步、码同步和信号流,波形图如图2所示。

从图中可以看出,PCM码流数据的变化是随同步时钟的下降沿而变化的,为了使解码准确可靠,应在同步时钟的上升降沿进行解码。另外,帧同步脉冲的上升沿表示一帧数据的开始。相比较而言,422方式的解码主要是进行串并转换。

CPLD内部原理图模块标示如图3所示。输入：“HCLK”表示系统时钟信号,“CLK”表示PCM码同步时钟,“FSYN”表示帧同步信号,“PCMS”表示数据流；输出“F8”表示缓存器FIFO的写信号,“DAOUT”表示8位并行数据。帧同步信号出现上升沿就意味着一帧的开始。码同步信号发生上升沿的变化,表示数据流的1位。系统时钟在码同步信号发生上升沿的变化后计数,计够4个系统时钟数据流,并且逐步移位到同一个寄存器中,同时送出数据到“DAOUT”。时序如图4所示。

4 ±2.5 V方式解码

由于±2.5 V形式只包含信号流,因此±2.5 V数据信号解码方式关键在于提取码同步信号和帧同步信号。码同步器的设计至关重要,不仅监测输入的PCM码流,而且在获取字同步、帧同步以及数据存储、处理的过程中为系统提供一个准确的码同步时钟信号。

(1) 码同步的实现

过去的码同步器由模拟锁相环路来实现,它由鉴相器(PD)、低通滤波器(LPF)、压控振荡器(VCO)组成,本系统采用1 b同步器,它是一种新型的全数字PCM码同步器,改善了以前的模拟/数字锁相环路法,其特点是适应性好,频率跟踪快。整个系统由一个可编程数字滤波器、一个双边沿提取器、一个数字预测器和一个合成器组成,如图5所示。

由于输入信号不可避免地存在着各种干扰,这些干扰脉冲将影响码同步脉冲和PCM数据的提取,因此在输入端加一个可编程数字滤波器。双边沿提取器的作用是在输入信号的跳变码元的上升沿或下降沿处产生边沿脉冲,是输入信号频率及相位的真实反映,可有效校准码同步器锁定的精度。在同步过程中,当输入的码值发生变化时,将在边沿产生一个跃变,此时双边沿提取器将产生边沿脉冲信号edge,同时控制预测器使其复位,禁止预测输出；当输入的码值为连“1”或连“0”时,无边沿变化,边沿提取器停止工作,无edge输出,此时预测器开始工作,产生预测的本地码同步信号pred,pred由clk分频获得,并由edge对齐相位。边沿提取器与预测器输出的信号经合成器合成输出,二者协同完成码时钟信号的恢复。为了提高数据提取的准确性,解决pred与输入信号频率误差造成的相位移动,将码同步向后移位180°。

(2) 帧同步的实现

为了从传输信号流中恢复出数据流,还需要另一种形式的同步,即帧同步。帧同步的任务是将解调出的数据比特序列进行正确的分组,它一般通过传输数据格式的特殊设计来实现,即在数据序列中插入特殊字符同步码,通过它来描述系统的帧同步方式和实现方法。具体的实现情况如图6所示。

由于信号是串行输入的,而存储电路数据位是8位,因此需要将连续的8个比特数据组成一个字节,每次计满8个输入码同步流信号就输出一个字节的同步脉冲信号,然后利用帧同步、副帧同步信号对计数器进行复位。

5 结 语

本系统工作稳定,能准确地解调出422方式和±2.5 V方式的PCM码流,误码率极低,抗干扰能力强,工作可靠性高。该解码系统已经成功地应用于某遥测系统的地面测试台。

参 考 文 献

［1］武向萍,李安宗，吴晓杰，等.PCM遥传信号数字解码方法的设计与实现\.石油仪器,2004,18(5):19-20,23.

［2］何群,张万杰,黄翠凝.用于某飞行器的遥测PCM系统中码同步器的设计［J］.遥测遥控,1996.17(5):40-44.

［3］冯春燕，袁嗣杰.用瞬时测频法实现PCM/DPSK摇测信号的软件解调\.现代电子技术，2004，27(12):70-71,74.

作者简介 闫晓燕 女,1977年出生，山西交城人,中北大学电子与计算机科学技术学院。研究方向为测试计量技术及仪器。