数字基带信号发生器的设计
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1.绪论在电子工程设计和测试中往往需要各类测试信号,其典型的波形是方波、三角波、锯齿波和正弦波。
信号发生器是电子测量中的一种大体仪器,一样作为一个信号源或标准源。
传统的设计方式先是采纳RC振荡器或LC振荡器,后采纳石英晶体振荡器为核心,提供了一个高稳固度的信号源,通过量频混频器、倍频器及分频器对基准频率进行各类算术处置,从而扩展了频带,增加了细度,产生了各类周期性的波形,可是其线路复杂,结构庞大且造价也很高。
信号发生的要紧实现方式依如实现思路能够分为模拟式和数字式,依如实现的方式能够分为直接法、锁相法、直接数字法和混频法四种。
直接法的要紧优势是速度快,相位噪声底,但结构复杂、杂散多。
锁相法所采纳的锁相频率合成技术在最近几年进展较快,但其转换速度不快,电路操纵复杂,这使得该技术的应用受到了必然的限制。
直接数字法是采纳直接数字合成(DDS)的方式实现信号产生。
该技术具有频率转换速度快、频率分辨率高、易于操纵等突出特点。
在信号发生的几种技术当中,直接数字合成技术显现得最晚,但最近几年来进展最快。
随着大规模集成技术和模数混合信号技术的进展,单片集成的DDS芯片纷纷显现,在应用领域内大有后来者居上的势头。
混合法那么指采纳以上方式中的两种或两种以上的方式实现信号发生。
信号发生器概述信号发生器是重要的测量仪器之一,随着测试对象的多样化和数字技术的进步,信号发生器取得了普遍的应用和快速的进展。
信号发生器作为电子技术领域中最大体的电子仪器,普遍地应用于航空航天测控、通信系统、电子对抗、电子测量、科研等各个领域中。
它能知足测试系统的多种要求,成了系统综合测试中不可缺少的组成部份。
目前所利用的信号发生器主若是模拟式信号发生器。
经常使用的信号发生器大多由模拟电路组成,其优势是结构简单和频率范围宽,缺点是低频成效较差,且不能输出任意形状的周期信号。
现有的基准正弦波发生器要紧有两类,一类是采纳模拟正反馈并利用振荡原理来产生基准正弦波模拟方式,但这种方式存在着频率稳固性差、精度不高和对工频抑制能力差等缺点。
1 引言信号发生器又称信号源或者振荡器,它是根据用户对其波形的命令来产生信号的电子仪器,在生产实践和科技领域有着广泛的应用。
信号发生器采用数字波形合成技术,通过硬件电路和软件程序相结合,可输出自定义波形,如正弦波、方波、三角波、三角波、梯形波及其他任意波形,波形的频率和幅度在一定范围内可任意改变。
信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号(各种波形),然后用其他仪表测量感兴趣的参数。
信号发生器在通信、广播、电视系统,在工业、农业、生物医学领域内,在实验室和设备检测中具有十分广泛的用途。
信号发生器是一种悠久的测量仪器,早在20年代电子设备刚出现时它就产生了。
随着通信和雷达技术的发展,40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器,使信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。
自60年代以来信号发生器有了迅速的发展,出现了函数发生器,这个时期的信号发生器多采用模拟电子技术,由分立元件或模拟集成电路构成,其电路结构复杂,且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形。
到70年代处理器出现以后,利用微处理器、模数转换器和数模转换器,硬件和软件使信号发生器的功能扩大,产生比较复杂的波形。
这时期的信号发生器多以软件为主,实质是采用微处理器对DAC的程序控制,就可以得到各种简单的波形。
随着现代电子、计算机和信号处理等技术的发展,极大地促进了数字化技术在电子测量仪器中的应用,使原有的模拟信号处理逐步被数字信号处理所代替,从而扩充了仪器信号的处理能力,提高了信号测量的准确度、精度和变换速度,克服了模拟信号处理的诸多缺点,数字信号发生器随之发展起来。
信号发生器作为电子领域不可缺少的测量工具,它必然将向更高性能,更高精确度,更高智能化方向发展,就象现在在数字化信号发生器的崛起一样。
但作为一种仪器,我们必然要考虑其所用领域,也就是说要因地制宜,综合考虑性价比,用低成本制作的集成芯片信号发生器短期内还不会被完全取代,还会比较广泛的用于理论实验以及精确度要求不是太高的实验。
要求应用工程师-所有关于直接数字频率合成器伊娃·墨菲、科尔姆斯莱特里什么是直接数字频率合成直接数字合成器(DDS)是一种产生模拟波形通常是正弦波生成一个数字形式的随时间变化的信号,然后进行数字-模拟转换的方法。
因为在一个DDS设备的操作主要是数字,它可以提供广谱的频率之间的输出频率,精细的频率分辨率和操作快速切换。
随着设计和工艺技术的进步,今天的DDS器件是非常紧凑和消耗很少的功率。
为什么会使用直接数字合成器(DDS)?是不是有其他的方法呢?容易产生频率的能力,准确的生产和控制各种频率和型材的波形已成为一个关键的要求,共同多个行业。
是否提供灵活的低相位噪声可变频率的来源进行通信具有良好的杂散性能,或者干脆在工业或生物医学测试设备的应用,方便,结构紧凑,成本低频率刺激产生重要的设计考虑。
频率产生许多可能性是开放的设计师,从锁相回路(PLL)为非常高的频率合成技术,数字-模拟转换器的动态规划(DAC)的输出来生成任意波形较低的频率。
但是DDS 技术正在迅速获得接纳为解决频率(或波形)代通信和工业应用的要求,因为单芯片IC 设备可以产生可编程模拟输出波形简单,具有较高的分辨率和精度。
此外,在工艺技术和设计的不断改进,已导致在成本和功耗水平,这在以前难以想象的低。
例如,AD9833的,基于DDS的可编程波形发生器(图1),在5.5 V工作了25 MHz 的时钟,消耗的最大功率为30 毫瓦。
图1 AD9833的单芯片的波形发生器用DDS的主要优点是什么?像AD9833的DDS器件通过一个高速串行外设接口(SPI),编程,只需要一个外部时钟来产生简单的正弦波。
DDS器件现已可以产生频率小于1 Hz至400兆赫(基于1 GHz 时钟)。
其低功耗,低成本,结合其固有的优良的性能和输出波形的数字化方案的能力和改编,带来的好处,使DDS器件的一个非常有吸引力的解决方案不太灵活的解决方案,包括最好聚合的离散元素。
课程设计第I页数字信号发生器的设计摘要数字信号发生器是在电子电路设计、自动控制系统和仪表测量校正调试中应用很多的一种信号发生装置和信号源。
而正弦信号是一种频率成分最为单一的常见信号源,任何复杂信号(例如声音信号)都可以通过傅里叶变换分解为许多频率不同、幅度不等的正弦信号的叠加,广泛地应用在电子技术试验、自动控制系统和通信、仪器仪表、控制等领域的信号处理系统中及其他机械、电声、水声及生物等科研领域。
关键词:数字信号发生器、信号处理、应用目录1 绪论 (1)1.1课题描述 (1)1.2信号发生器外围结构 (1)2. 实验芯片简介 (2)2.1AT89C51的简介 (2)2.2DAC0832芯片 (4)3 数字信号发生器的设计方案 (8)3.1方案简介 (8)3.2方案论证与比较 (8)3.3数字信号发生器硬件设计 (9)3.4数字信号发生器的软件实现 (13)3.5测量结果与误差分析 (15)总结 (17)致谢 (18)参考文献 (19)1 绪论1.1 课题描述信号发生器广泛应用于电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域。
采用集成运放和分立元件相结合的方式,利用迟滞比较器电路产生方波信号,以及充分利用差分电路进行电路转换,从而设计出一个能变换出三角波、正弦波、方波的简易信号发生器。
通过对电路分析,确定了元器件的参数,并利用Multisim软件仿真电路的理想输出结果,克服了设计低频信号发生器电路方面存在的技术难题,使得设计的低频信号发生器结构简单,实现方便。
本研究的数字信号发生器是基于直接数字合成即DDS技术设计的,采用VHDL与C语言相结合的方法,通过查找存储于ROM查找表中的各种标准波形数据,产生频率可调并且高精度的正弦波、方波、锯齿波等常用信号,并且可以通过修改表中的数据,实现任意信号发生器.1.2信号发生器外围结构图1 信号发生器外围结构示意图如上为信号发生器结构示意图,本文介绍的是一种用51单片机构成的波形发生器,可产生三角波、方波、锯齿波和正弦波等多种波形,波形的周期可用程序改变,并可根据需要选择单极性输出或双极性输出,具有线路简单、结构紧凑、性能优越等特点。
DDS信号发生器设计和实现一、引言DDS(Direct Digital Synthesis)是一种基于数字信号处理技术的信号发生器设计方法。
DDS信号发生器是通过数字的方式直接生成模拟信号,相比传统的方法,具有频率稳定、调制灵活、抗干扰能力强等优势,广泛应用于频率合成、通信系统测试、医疗设备、雷达系统等领域。
本文将介绍DDS信号发生器的设计和实现。
二、DDS信号发生器的原理1.相位累加器:负责生成一个连续增加的相位角,通常以一个固定精度的二进制数表示。
2.频率控制器:用于控制相位累加器的相位角速度,从而控制信号的频率。
3.数字到模拟转换器:将相位累加器的输出转换为模拟信号。
4.系统时钟:提供时钟信号给相位累加器和频率控制器。
三、DDS信号发生器的设计步骤1.确定要生成的信号的频率范围和精度需求。
2. 选择适合的数字信号处理器或FPGA进行设计。
常用的DSP芯片有AD9910、AD9858等,FPGA则可选择Xilinx、Altera等厂商的产品。
3.根据需求设计相位累加器和频率控制器,相位累加器的位数和频率控制器的速度决定了信号的精度。
4.确定数字到模拟转换器的采样率和分辨率,选择合适的D/A转换芯片。
5. 编写控制程序和信号生成算法,包括相位累加器和频率控制器的控制。
可以使用C语言、Verilog HDL等进行编程。
6.进行硬件的布局和连线,将各个组件按照设计要求进行连接。
7.进行电源和接地的设计,确保稳定的供电和减少噪声干扰。
8.进行数字信号处理器或FPGA的编程,烧录控制程序。
9.进行信号输出测试,调整参数和算法,确保生成的信号符合要求。
10.编写使用说明书和性能测试报告,并对信号发生器进行完整性和可靠性测试。
四、DDS信号发生器的实现案例以实现一个简单的正弦信号发生器为例,介绍DDS信号发生器的实现过程。
1.确定生成的正弦信号范围为1Hz~10kHz,精度为0.1Hz。
2. 选择Xilinx的FPGA芯片,根据需要设计12位的相位累加器和24位的频率控制器。
什么是数字信号发生器(DSG)如何设计一个简单的DSG电路数字信号发生器(DSG)是一种用于产生精确数字信号的电子设备。
数字信号发生器通常由时钟源、计数器、数字模数转换器(DAC)和控制电路组成。
1. 介绍数字信号发生器(DSG)数字信号发生器是一种电子设备,用于产生高精度和稳定的数字信号。
它可以生成各种波形,例如正弦波、方波、三角波和脉冲波等。
数字信号发生器广泛应用于电子实验室、通信系统测试、音频设备测试以及其他需要确定信号来源的领域。
2. DSG的设计要素设计一个简单的数字信号发生器需要考虑以下要素:2.1 时钟源数字信号发生器的精确性和稳定性主要依赖于时钟源。
常见的时钟源包括晶体振荡器和时钟发生器。
晶体振荡器提供稳定的频率和相位参考,而时钟发生器可以根据需要调整频率。
2.2 计数器计数器用于生成不同频率的信号。
它接收时钟信号,并将其分频为所需的频率。
通过调整计数器的分频系数,可以改变信号的频率。
2.3 数字模数转换器(DAC)数字模数转换器将数字信号转换为模拟信号。
它接收计数器产生的数字信号,并将其转换为模拟信号输出。
DAC的位数决定了信号的精度和分辨率。
2.4 控制电路控制电路用于控制数字信号发生器的各个部分。
它可以接收外部输入,例如频率、幅度和相位设置,并将其应用于相应的部件。
控制电路还可以实现信号的调制功能,如频率调制和相位调制。
3. 简单DSG电路的设计示例下面是一个简单的数字信号发生器电路设计示例:3.1 时钟源:使用晶体振荡器作为时钟源,提供稳定的时钟信号。
3.2 计数器:选择一个适当的计数器芯片,例如74HC163,将时钟信号分频为所需的频率。
通过在芯片上设置适当的初始计数值,可以调整输出信号的相位。
3.3 数字模数转换器:选择一个合适的DAC芯片,例如MAX5216,将计数器产生的数字信号转换为模拟信号。
设置DAC的参考电压和输出范围以满足需求。
3.4 控制电路:使用微控制器或可编程逻辑器件(FPGA)实现控制电路。
毕业设计(论文)设计(论文)题目:基于单片机的数字信号发生器设计电气工程学院基于 AT89S51单片机的数字信号发生器【摘要】智能仪器的出现,极大地扩充了传统仪器的应用范围。
智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势,迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。
本系统是基于 AT89S51单片机设计的数字式波形发生器。
采用 AT89S51作为系统的控制核心,外围电路采用数字 / 模拟转换电路( DAC0832),运放电路(M C1458),按键, ISP 接口等。
通过按键控制切换产生正弦波,锯齿波,三角波,方波,各类型信号的频率统一为 100HZ,而幅值在 -5V~+5V范围内可调。
本设计电路原理简单,性能较好,具有一定的实用性和参考价值。
【关键词】单片机, 波形发生器,D/A电路DIGITAL SIGNAL GENERATOR DESIGN BASED ON AT89S51【A BSTRACT 】The emergence of intelligent machines, which greatly expanded the scope of application of traditional instruments. Intelligent instrument, with its small size, powerful, low-power advantages of home appliances quickly, research institutes and industrial enterprises has been widely used.The system is a digital waveform generator based on single chip computer. AT89S51 is used as a control core. The system is composed by digital/analog conversion (DAC0832),imply circuit (MC1458),button ISP inferface and LED lights. It can generate square triangle and sine wave,with LED display . The frequency of various types of signal unity of 100HZ, but the amplitude in the-5V ~ +5 V range adjustable. The circuit design is simple, better performance, has some practical and reference value.【 KEY WORDS 】the single chip computer , the signal generator , D/A conversion目录绪论91.92.9第一章系统设计101.112.113.11第二章硬件电路的设计121. AT89S51122.153.154.175. ISP23第三章软件设计241.252.253.264.275.28第四章测试仿真291.292.303.31第五章其它311.312.32附录32Protel32 PCB33 Proteus343543绪论1.波形发生器现状波形发生器作为一种常用的应用电子仪器设备,传统的波形发生器可以完全用硬件电路搭建,如应用555 振荡电路可以产生正弦波,三角波,方波等波形,传统的波形发生器多采用这种方式设计,这种方式不应用单片机,但是这种方式存在波形质量差,控制难,可调范围小,电路复杂和体积大等缺点,在科学研究和生产实践中,如工业过程控制,生物医学,地震模拟震动等领域往往需要低频信号源,而由硬件搭建的波形发生器效果往往达不到好的效果,而且低频信号源所需要的RC很大,大电阻,大电容在制作上有困难,参数的精度也难以保证,而且体积大,漏电,体积大是该类波形发生器的显著缺点。
工业设备常用频率量信号作为采集量,如使用光电编码器采信数据,当调试使用频率信号的设备时,由于机械等部份还未动作,无法采集信号,因此需要使用信号发生器。
对于在工业现场使用的设备,其要求与实验室设备并不相同,如果直接使用实验室中所用的标准信号发生器,往往会觉得其体积过大、价格太高、使用较麻烦等。
工业现场使用的设备,其绝对精度要求并不高,关键要稳定可靠,便于携带和使用。
一、性能分析这个项目的目标是替代工业现场的频率采样装置,典型的如光电编码器。
通过调查,确认最终要制作的信号发生器的性能指标如下:频率范围:0~1Hz,以0.1Hz步进,1~500Hz,以1Hz步进;波形:矩形波或方波均可;精度:频率值的相对误差不超过±1%;功能:(1)信号发生,信号发生器以给定的频率输出信号;(2)脉冲个数计数,仪器可对本身已发出的脉冲个数进行计数;(3)设定值可存储,每次上电自动调出前次设定值。
二、初步设计在确定了性能指标后,可以进行初步设计,考虑其显示、操作等方面的要求。
1、显示部分待设定的频率值最高为500HZ,只要3位数码管即可;要求对输出脉冲计数,虽未给出要求的计数值,但3位数码管最大仅能计到999,似乎太少了一些,再考虑到该仪器以后的扩展,如希望以后能加一些高端点频(600、700、800、900、1000、2000、5000、10K等),需要更多的数码管显示,因此最终选择5位数码管显示。
2、键盘部分键盘有很多方案可供选择,如工业品中常用的三键或四键方案,当然也可以用多键(如市售有一些标准的12或16键键盘)等,经过反复比较,考虑到易制作、易使用等等诸多因素,最终将键的个数确定为5个。
键盘操作方案是仪器易用性的很重要的一个方面,这并非仪器的关键部分,但键盘、显示程序的工作量往往占据整个设计的很大的一部份。
对键盘设计,重要的是要确定各按键功能,描述出各键的具体操作。
本仪器的键设计如下:1.工作状态描述由转换键切换两种状态(1)显示设定的频率值(2)显示脉冲个数值2.键定义切换键增加键减少键开启/停止键清除键3.键操作描述切换键:切换两种工作状态增加和减少键:在显示设定频率值时按,按增加键、减少键设定频率,范围为0.1~500HZ,每按一次增加键,设定值加1,如果按着键不放,稍后进入连续状态,设定值快速增加;按减少键,设定值减1,如果按着键不放,稍后进入连续状态,设定值快速减少。
信号发生器的课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能够理解信号发生器的原理与功能,掌握其基本组成部分和使用方法。
2. 学生能够描述信号发生器在不同波形下的特点,如正弦波、方波、三角波等。
3. 学生能够运用信号发生器进行简单的信号生成与处理。
技能目标:1. 学生能够独立操作信号发生器,进行基本信号的产生和调整。
2. 学生能够通过信号发生器完成简单的实验,如观察波形、测量频率等。
3. 学生能够运用所学知识解决实际电路中与信号发生相关的问题。
情感态度价值观目标:1. 学生培养对电子技术实验的兴趣,增强实践操作的自信心。
2. 学生形成良好的团队合作意识,能够在实验过程中相互协作、共同进步。
3. 学生认识到信号发生器在电子技术领域的重要性,激发对相关学科的学习热情。
分析课程性质、学生特点和教学要求:本课程为电子技术实验课程,以信号发生器为核心,结合教材内容,使学生掌握信号发生器的原理、使用方法及在实际电路中的应用。
针对高中年级学生,课程注重理论与实践相结合,培养学生动手操作能力和实验技能。
教学要求明确、具体,注重培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。
课程目标分解:1. 知识目标:通过课堂讲解、实验演示和课后复习,使学生掌握信号发生器的相关知识。
2. 技能目标:通过分组实验、课后练习和实际操作,提高学生的动手能力和实验技能。
3. 情感态度价值观目标:通过课程学习,激发学生对电子技术的兴趣,培养良好的团队合作意识和学习态度。
二、教学内容本课程教学内容以教材中信号发生器相关章节为基础,涵盖以下方面:1. 信号发生器原理:介绍信号发生器的工作原理、基本组成部分及其功能。
2. 信号发生器种类:分析不同类型的信号发生器,如模拟信号发生器、数字信号发生器等。
3. 波形生成与调整:讲解正弦波、方波、三角波等常见波形的生成原理,以及如何使用信号发生器进行波形的调整。
4. 信号发生器应用:介绍信号发生器在实际电路中的应用,如模拟信号源、时钟信号发生等。
数字基带信号发生器的设计摘要:设计一个基于FPGA的数字基带信号发生器,首先简要介绍了单极性非归零码、双极性非归零码、单极性归零码、双极性归零码、差分码、交替极性码、分相码、传号反转码、三阶高密度双极性码等基带码的基本特点,然后根据码型转换原理设计发生器模块。
由于EDA技术可以简化电路,集成多块芯片,减小电路体积,所以程序采用VHDL 进行描述,并用maxplusII软件仿真实现所有功能,最后将功能集成到FPGA上,并设计电路、制作实物,产生的基带码稳定、可靠,可满足不同数字基带系统传输需要。
关键词:数字基带码;EDA;VHDL;PCB;FPGADigital base-band signal generator designProfession:Electronics and information science and technologyAuthor:DengChuxian instructor:ZhanJieAbstract: FPGA-based design a letter-number generator with, first of all we briefly introduce unipolar NRZ code, bipolar NRZ, Unipolar zero yards code, bipolar zero yards code, differential code , alternating polarity code, phase code, code-reversal, and third-order high-density bipolar codes etc. Then we design generator module under the code-conversion design principles. As EDA technology can make circuit simple, integrate multiple chips, reduce the size of circuits, so we take advantage of VHDL to describe it and use maxplusII software to simulate .Finally we integrate all the fetures into the FPGA, and design circuit to generate stable and reliable base-band code to meet the different base-band digital transmission system needs.Key words: digital base-band code; EDA; VHDL; PCB; FPGA目录摘要..................................................................................I Abstract...............................................................................I 1数字基带信号 (3)1.1 数字基带信号的码型设计原则 (3)1.2 非归零码(NRZ码) (3)1.2.1 单极性 (3)1.2.2 双极性 (3)1.3归零码(RZ码) (3)1.3.1 单极性 (4)1.3.2 双极性 (4)1.4 差分码 (4)1.5 交替极性码(AMI码) (5)1.6 分相码(曼彻斯特码) (5)1.7 传号反转码(CMI码) (5)1.8 三阶高密度双极性码(HDB3码) (6)2EDA概述 (6)2.1 硬件描述语言 (7)2.1.1V erilog-HDL (7)2.1.2VHDL (7)2.2 可编程逻辑器件 (8)2.3EDA软件 (8)3 软件与硬件的设计 (9)3.1 VHDL程序设计 (9)3.2 模拟电路的设计 (14)3.2.1 电源的设计 (14)3.2.2 时钟信号的产生 (15)3.2.3 CC4052双4选1模拟开关 (15)3.3 PCB制作 (17)4 总结 (18)参考文献 (19)致谢 (19)1数字基带信号数字基带信号是数字信息的一种表现形式,被用于数字基带传输系统。
可以用不同电压或电流的代码来表示基带码。
不同形式的基带码具有不同的频谱结构,合理地设计基带码是基带传输首先要考虑的问题[1]。
1.1 数字基带信号的码型设计原则[2](1)对于传输频率很低的信道来说,线路传输码型的频谱中应不含直流分量。
(2)可以从基带信号中提取位定时信号。
在基带传输系统中,需要从基带信号上提取位定时信息,这就要求编码功率谱中具有位定时线谱。
(3)要求基带编码具有内在检错能力。
(4)码型变换过程应具有透明性,即与信源的统计特性无关。
(5)尽量减少基带信号频谱中的高频分量。
这样可以节省传输频带,提高信道的频谱利用率,还可以减少串扰。
1.2 非归零码(NRZ码) [1][3]非归零码分为两种,即单极性和双极性。
1.2.1单极性:这种传输码的零电平与正电平(或负电平)分别对应于二进制代码中的“0”码与“1”码。
他的特点是:脉冲极性单一,有直流分量;脉冲波的占空比为100%,即一个脉冲持续的时间等于一个码元的宽度,在整个码元期间电平保持不变。
该码经常在近距离传输时被采用。
图1-1 单极性非归零码1.2.2 双极性:这种传输码的正、负电平分别对应于二进制代码中的“1”码与“0”码。
从信号的一般统计规律看,由于“1”码与“0”码出现的概率相等,所以这种传输码的平均电平为零,即无直流分量。
这样在接收端恢复信号时,其判决电平可取为0V,因而可消除因信道对直流电平的衰减而带来判决电平变化的影响。
这种传输码还有抗干扰能力强的特点。
该码常在CCITT的V系列接口标准或RS232C 接口标准中使用。
图1-2 双极性非归零码1.3 归零码(RZ码) [1][3]归零码也分为两种,即单极性和双极性。
1.3.1 单极性:与单极性非归零码不同,发送“1”时在整个码元期间高电平只持续一段时间,在码元的其余时间内则返回到零电平,即此方式中,在传送“1”码时发送一个宽度小于码元持续时间的归零脉冲;传送“0”码时不发送脉冲。
其特征是所用脉冲宽度比码元宽度窄。
主要优点是可以直接提取同步信号。
单极性归零码脉冲间隔明显,有利于减小码元间的波形干扰和提取同步时钟信息,但由于脉宽窄,码元能量小,匹配接收时的输出信噪比要比NRZ码低。
图1-3 单极性归零码1.3.2 双极性:这种传输码与单极性归零码相似,都是脉冲的持续时间小于码元宽度,并且都是在码元时间内回到零值。
与单极性归零码不同的是,“1”码与“0”码分别是用正、负两种电平来表示。
由于相邻脉冲之间必有零电平区域存在,因此,在接收端根据接收波形归于零电平便知道1b的信息已接收完毕,以便准备下一比特信息的接收。
正负脉冲的前沿起了启动信号的作用,后沿起了终止信号的作用,有利于接收端提取定时信号。
因此可以保持正确的比特同步,即收发之间无需特别定时,且各符号独立地构成起止方式。
此方式也叫做自同步方式。
图1-4 双极性归零码1.4 差分码[4]差分码利用前后码元电平的相对极性变化来传送信息,又称为相对码。
这种传输码不是用脉冲本身的电平高低来表示二进制代码的“1”码与“0”码,而是用脉冲波的电平变化来表示码元的取值,即当码元的取值为“1”时,脉冲波的电平变化一次;而当码元的取值为“0”时,脉冲波的电平不变。
这种方式的特点是,即使接收端收到的码元极性与发送端的完全相反,也能正确进行判决。
采用这种波形传送二进制代码时,可以消除设备初态的影响,尤其对于调相系统来说,可以有效地消除解调时相位模糊的问题。
图1-5 差分码1.5 交替极性码(AMI码) [4]AMI码名称较多,如双极方式码、平衡对称码、传号交替反转码等。
他是CCITT建议作为基带传输系统中的传输码型之一。
编码规则是,二进制代码中的“1”码由正、负极性交替的脉冲表示,其脉宽等于码元周期的一半;二进制代码中的“0”码由零电平表示。
此方式是单极性方式的变形,即把单极性方式中的“0”码与零电平对应,而“1”码发送极性交替的正、负电平。
这种码型实际上把二进制脉冲序列变成为三电平的符号序列(故叫伪三元信号),其优点如下:在“1”、“0”码不等概条件下也无直流成分,且零频附近低频分量小,因此对具有变压器或其他交流耦合的传输信道来说,不易受到隔直特性的影响;若接收端收到的码元极性与发送端完全相反也能正确判决;只要进行全波整流就可以变为单极性码,如果交替极性码是归零的,变为单极性归零码后就可以提取同步信号。
由于这些优点,因此他是最常用的码型之一。
但当传输信息中存在长连“0”码的情况时,这种传输码将会由于长时间不出现电平跳变,从而给接收端在提取定时信号时带来困难。
AMI码在连“0”码过多时提取定时信号有困难。
这是因为在连“0”码时AMI输出均为零电平,连“0”码这段时间内无法提取同步信号,而前面非连“0”码时提取的位同步信号又不能保持足够的时间。
这是这种传输码的不足之处。
图1-6 交替极性码1.6 分相码(曼彻斯特码) [5]这种码型的特点是每个码元用两个连续极性相反的脉冲表示。
如“1”码用正、负脉冲表示,“0”码用负、正脉冲表示。
这种码型不论信号的统计关系如何,均完全消除了直流分量,且有较尖锐的频谱特性。
同时这种码在连“1”和连“0”的情况下都能显示码元间隔,这有利于接收端提取码同步信号。
该码在本地局域网中常被使用。
图1-7 分相码1.7 传号反转码(CMI码) [4][6]传号反转码(CMI码)是由CCITT建议、适合于光信道传输的码型之一。
他的基本设想是将原来二进制代码序列中的一位码变为两位码,以增加信号的富裕度。
CMI码是一种二元码。
其具体的编码规则是:二进制代码中的“1”码交替地用“11”和“00”表示;“0”码则固定地用“01”表示。
CMI码的特点是电平随二进制数码依次跳变,因而便于恢复定时信号,尤其当用负跳变直接提取定时信号时,不会产生相位不确定问题,具有检测错误的能力。
因为在这种传输码中,只有“00”、“11”、“01”这3种码组,而没有“10”这一码组。
因此,接收端可根据这一特性对接收码进行检错。
该码已被CCITT推荐为PCM(脉冲编码调制)4次群的接口码型。
在光缆传输系统中有时也用做线路传输码型。
图1-8 传号反转码1.8 三阶高密度双极性码(HDB3码) [6]可以说是为解决AMI码在连“0”过多时,提取同步信号有困难而改进的码型。