数字基带信号发生器的设计

1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；FPGADigitalbase-bandsignalgeneratordesignProfession:ElectronicsandinformationscienceandtechnologyAuthor:DengChuxianinstructor:ZhanJieAbstract:FPGA-baseddesignaletter-numbergeneratorwith,firstofallwebrieflyintroduceunipolarNRZcode,bipolarNRZ,Unipolarzeroyardscode,bipolarzeroyardscode,differentialcode,alternatingpolaritycode,phasecode,code-reversal,andthird-orderhigh-densitybipolarcodesetc.Thenwedesigngeneratormoduleunderthecode-conversiondesignprinciples.AsEDAtechnologycanmakecircuitsimple,integratemultiplechips,reducethesizeofcircuits,sowetakeadvantageofVHDLtodescribeitandusemaxplusIIsoftwaretosimulate.FinallyweintegrateallthefeturesintotheFPGA,anddesigncircuittogeneratestableandreliablebase-bandcodetomeetthedifferentbase-banddigitaltransmissionsystemneeds.Keywords:digitalbase-bandcode;EDA;VHDL;PCB;FPGA目录2摘要..................................................................................IAbstract...............................................................................I1数字基带信号........................................................................31.1数字基带信号的码型设计原则......................................................31.2非归零码(NRZ码).................................................................31.2.1单极性.......................................................................31.2.2双极性.......................................................................31.3归零码(RZ码).....................................................................31.3.1单极性.......................................................................41.3.2双极性.......................................................................41.4差分码..........................................................................41.5交替极性码(AMI码)...............................................................51.6分相码(曼彻斯特码)...............................................................51.7传号反转码(CMI码)...............................................................51.8三阶高密度双极性码(HDB3码)......................................................62EDA概述............................................................................62.1硬件描述语言....................................................................72.1.1Verilog-HDL...................................................................72.1.2VHDL........................................................................72.2可编程逻辑器件..................................................................82.3EDA软件.........................................................................83软件与硬件的设计....................................................................93.1VHDL程序设计...................................................................93.2模拟电路的设计.................................................................143.2.1电源的设计..................................................................143.2.2时钟信号的产生..............................................................153.2.3CC4052双4选1模拟开关.......................................................153.3PCB制作........................................................................174总结...............................................................................18参考文献.............................................................................19致谢.................................................................................191数字基带信号3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4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