一种类曼彻斯特译码接收模块的VHDL设计

顾涵　丁力　瞿佳韵

【摘 要】基于FPGA芯片采用类曼彻斯特组码方式，设计和仿真了串行数据传输过程中译码接收模块的功能。首先对译码接收模块的硬件电路进行设计，其次结合LVDS硬件电路和芯片端口重点分析和编写了各模块的VHDL程序，最后采用Isim对设计功能进行波形仿真，验证了设计的准确性。

【关键词】类曼彻斯特；VHDL；设计

0 引言

类曼彻斯特码[1]是一种利用自同步法保持位同步的线路码型，在传输数字信息的同时，也将同步时钟信号一起传输到对方，它用上升沿来表示一个码元的开始，然后连续两个时钟信号的高电平表示“1”，对应编码数据“0100”，反之连续两个时钟的低电平表示“0”，对应编码数据“0111”。经类曼彻斯特编码后，无论是数据“1”还是数据“0”，在开始的时候都有一个上升沿，包含了时钟信息，正是具有这一特点，在现代通信中得到了广泛的应用。我们采用类曼彻斯特码，设计和仿真了串行数据传输过程中译码接收模块的功能。

1 LVDS技术介绍

LVDS[2]是一种低摆幅的差分信号技术，具有终端适配简洁方便、低功耗、低成本、高速传输等优点，并且能对传输数据进行时效保护，确保了数据传输的可靠性。LVDS使得信号能够在差分平衡电缆上以几百Mbps[3]的速率传输，其低压幅和低电流的驱动输出完全达到了低噪声和低功耗的要求。采用LVDS技术设计的接收器引进恒流式驱动方式，准许带电插入，对系统不会造成任何损坏，适用于高速数据的传输。

差分信号的抗噪特性在理想状态[4]下，所谓理想状态是指线路没有干扰时，发送端IN= IN+-IN-，接收端IN+-IN-=OUT，发送端信号等于接收端信号。在非理想状态下，非理想状态是指线路有干扰时，发送端IN=IN+-IN-，接收端（IN++q）-（IN-+q）= IN+-IN-=OUT，噪声在输出端被抑制掉，所以输入端信号依旧等于输出端信号。从两种状态的分析可知差分方式可以很好的抑制噪声，确保数据准确无误的传输。

2 硬件设计

图1 LVDS译码接收电路

硬件设计采用LVDS差分电路，LVDS译码接收电路如图1所示，电路中临近接收器端并接了两个51Ω的电阻，电阻间对地接了10pF的电容，能够起到消除共模干扰的作用。在传输过程中使用双绞屏蔽电缆，该电缆具有良好的传输特性，主要参数为时间延时4.3ns/m（max） [5]，2芯时延差0.1ns/m（max），特性阻抗（94～106）Ω，衰减32db/100m（80Mhz）。采用这种方式设计电路一方面能够提高系统的抗干扰性，另一方面能够保证数据传输的准确性。

3 软件设计

译码接收过程可分为三步进行：第一步，检测接收的数据是否为有效数据，若不是则重新开始新的十七位数据译码；第二步，对十七位数据进行类曼彻斯特译码；第三步，将生成的校验位（对接收的数据进行偶校验的结果）与编码时生成的校验位进行比较，若相等则将译码后的十六位数据发送出去。具体VHDL程序可以分为数据定义、数据缓存、数据有效性判断和数据转换及校验四大模块，其中最后一个模块和编码程序类似，本文就不再阐述。

3.1 数据定义模块

数据及输入输出端口定义模块程序为：

module Manchester_Decoder（clk，rst，sdi，in_data） ；

input clk，rst；input sdi；

output [15：0] in_data；

3.2 数据缓存模块

数据缓存模块中数据传输采用逐位传递方式，具体程序为：

reg [4：0] sdi_delay；always @（posedge clk）

begin

sdi_delay[4：1]<=sdi_delay[3：0]；//空出最后一位待放新接收的数据

sdi_delay[0]<=sdi；//将接收到的数据放入缓存

end

3.3 数据有效性判断模块

在对数据有效性进行判断时要分别对连续“1”和连续“0”的个数进行判断，具体程序为：

reg [7：0] hign_count，low_count；

always @（posedge clk or posedge sdi_delay[0]）

begin

if（sdi_delay[0]==1'b1）

begin

hign_count<=hign_count+1；//判断接收数据中连续1的个数

low_count<=8'd0；

end

else

begin

hign_count<=8'd0；

low_count<=low_count+1； //判断接收数据中连续0的个数

end

end

4 测试和仿真

若接收到的数据为0100-0100-0100-0100-0100-0100-0100-0100-0100-0100-0100-0100-01 11-0111-0111-0111-0111，则经过译码后的数据应为0x001F。采用ISim进行波形仿真，验证译码模块功能的准确性，ISim测试代码为：

initial begin

clk = 0；rst = 0；

bufd=72'b0100_0100_0100_0100_0100_0100_0100_0100_0100_0100_0100_0100_0111_0111_0111_0111_0111；#100 rst=1；

end（下转第187页）

always #5 clk=～clk；always@（posedge clk） bufd<=bufd>>1；assign sdi=bufd[0]；

從图2中我们可以看出，当数据接收完成后，译码输出数据为0x001F，和预期设计功能相符。

【参考文献】

[1]江晓林，等.通信原理[M].哈尔滨工业大学出版社，2010.

[2]刘江海.EDA技术[M].华中科技大学出版社，2009.

[3]王晓聪.基于FPGA的HDB3码编码器优化设计与分析[J].现代电子技术，2011.

[4]杨少春.类曼彻斯特编解码器设计及应用[J].器件与电路，2012.

[5]樊昌信.现代通信原理[M].人民邮电出版社，2011.

[责任编辑：刘帅]