專(zhuān)利名稱(chēng)：一種異步串行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及利用光纖這種傳輸介質(zhì)實(shí)現(xiàn)的一種異步串行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸 電路。
背景技術(shù)：
目前，分布式自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)底層網(wǎng)絡(luò)配置通常采用現(xiàn)場(chǎng)總線的方法實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng) 總線是監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)和安裝在監(jiān)測(cè)室(中心)的計(jì)算機(jī)之間的一種串行數(shù)字通信鏈路。對(duì)于 監(jiān)測(cè)環(huán)境惡劣且被監(jiān)測(cè)點(diǎn)較為分散的場(chǎng)合一般使用RS-485規(guī)范的半雙工形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，用 RS-485形式實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳輸距離和負(fù)載性能都比較好，所以被人們廣泛使 用。但是在1200米以上距離時(shí)，受各方面的因素影響(主要是傳輸介質(zhì)存在缺陷)，通常串 行異步通訊的數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)定在1200-9600bps。如使用光纖作為傳輸介質(zhì)可以使總線性 能大大提高，這是由于光纖傳輸與電纜傳輸數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相比具有一下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)1.容量大，光纖的工作頻率與電纜相比高出8-9個(gè)數(shù)量級(jí)。2.衰減小，中繼段距離長(zhǎng)(100-150Km)。3.光纖尺寸小、重量輕，便于鋪設(shè)和運(yùn)輸。4.無(wú)輻射，光纖不受強(qiáng)電干擾、電氣化鐵道干擾和雷電干擾，抗電磁脈沖能力也 很強(qiáng)，保密性好。5.材料來(lái)源豐富、環(huán)保，節(jié)約有色金屬。傳統(tǒng)的通信電纜要耗用大量的銅、鋁等， 光纖通信的發(fā)展將節(jié)約大量有色金屬。6.成本低。目前市場(chǎng)上各種電纜金屬材料價(jià)格不斷上漲，而光纖價(jià)格則越來(lái)越 低，這為光纖通信得到迅速發(fā)展創(chuàng)造了重要的前提條件。7.光纜適應(yīng)性強(qiáng)，壽命長(zhǎng)。因此光纖傳輸被越來(lái)越多地應(yīng)用于一些周?chē)h(huán)境較惡劣的遠(yuǎn)程通信和數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)中。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種異步串行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn) 距離傳輸電路。該電路通過(guò)光纖這種傳輸介質(zhì)實(shí)現(xiàn)的異步串行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸，其傳輸距 離、傳輸速率以及抗干擾能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)有的通過(guò)金屬導(dǎo)線進(jìn)行的異步串行數(shù)據(jù)通信。本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采取的技術(shù)方案是一種異步串行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳 輸電路，其特征在于包括異步數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換芯片、差分曼徹斯特編解碼芯片和光信號(hào)收發(fā) 器，所述差分曼徹斯特編解碼芯片接收本地時(shí)鐘信號(hào)并分別與異步數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換芯片、光 收發(fā)器雙向連接。本實(shí)用新型的特點(diǎn)是(1)光纖作為傳輸介質(zhì)，其傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速率高以及抗 干擾能力強(qiáng)。(2)采用CPLD芯片實(shí)現(xiàn)差分曼徹斯特編解碼芯片縮短系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期，移植性、 擴(kuò)展性好。(3)光纖傳輸系統(tǒng)中數(shù)字編解碼器件價(jià)格一般較昂貴，而CPLD器件價(jià)格相對(duì)便宜，低成本。(4)差分曼徹斯特編碼有利于光纖的高速傳輸，其不含有直流分量，且有較尖 銳的頻譜特性，重要的是碼型中含有定時(shí)信息，有利于時(shí)鐘提取。
圖1為本實(shí)用新型的電路連接框圖。圖2為本實(shí)用新型RS232接口與數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換芯片電路圖。圖3為差分曼徹斯特編解碼芯片內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)框圖。圖4為本實(shí)用新型光收發(fā)器電路圖。圖5為幾種常用二進(jìn)制碼型對(duì)比圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，一種異步串行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸電路，包括異步數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換芯片、 差分曼徹斯特編解碼芯片和光信號(hào)收發(fā)器。差分曼徹斯特編解碼芯片接收本地時(shí)鐘信號(hào)并 分別與異步數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換芯片、光收發(fā)器雙向連接。圖中光信號(hào)收發(fā)器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)光電調(diào)制器，它用差分曼徹斯特編碼器發(fā)送來(lái)的 電信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制變成光信號(hào)，經(jīng)調(diào)制的光耦合到光纖中后傳輸?shù)浇邮斩?，接收端?光電子檢測(cè)器件把光信號(hào)解調(diào)成電信號(hào)，經(jīng)放大、整形處理后送至差分曼徹斯特解碼器中 最后輸出TTL電平的NRZ信號(hào)。[0021 ] 如圖2所示，異步數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換芯片的電路連接為電平轉(zhuǎn)換芯片Dl的1腳通過(guò)電 容Cl與3腳連接，2腳通過(guò)電容C3接電源，4腳通過(guò)電容C2接5腳，6腳通過(guò)電容C4接地， 8腳、10腳、15腳接地，16腳接電源。在設(shè)備間傳輸串行異步數(shù)據(jù)時(shí)，通常采用RS422或RS232電平，所以進(jìn)入本系統(tǒng)的 異步數(shù)據(jù)應(yīng)經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片，將其變?yōu)門(mén)TL電平后再進(jìn)行編碼處理。如圖5所示，差分曼徹斯特碼和曼徹斯特碼最大的不同是，它將曼徹斯特碼中用 絕對(duì)電平表示的波形改為用電平的相對(duì)變化來(lái)表示，這是為了解決接收方因極性反轉(zhuǎn)而引 起的譯碼錯(cuò)誤。圖5中畫(huà)出了單極性非歸零碼(NRZ碼)、傳號(hào)差分碼(NRZ(M))、曼徹斯特碼 和差分曼徹斯特碼的波形。由圖5可見(jiàn)，曼徹斯特碼是由定時(shí)時(shí)鐘和NRZ碼的模二和產(chǎn)生的，而差分曼徹斯特 碼是由定時(shí)時(shí)鐘和NRZ(M)碼的模二和產(chǎn)生的，所以要將NRZ碼轉(zhuǎn)換為差分曼徹斯特碼(編 碼過(guò)程)可以分兩步完成1.先將NRZ碼轉(zhuǎn)換為NRZ (M)碼(差分傳號(hào)碼)；2.再將得到的 NRZ(M)碼與定時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行邏輯異或操作，就得到了差分曼徹斯特碼。同理解碼過(guò)程是編碼 的逆過(guò)程，即先將差分曼徹斯特碼轉(zhuǎn)換為NRZ (M)碼，再將NRZ (M)碼轉(zhuǎn)換為NRZ碼。由于CPLD系列芯片具有門(mén)電路集成度高、可配置為多種輸入輸出形式、多時(shí)鐘驅(qū) 動(dòng)、內(nèi)含RAM或Flash (部分支持在線系統(tǒng)編程)、可加密、低電壓、低功耗、以及低成本等 突出特點(diǎn)，所以是實(shí)現(xiàn)一些特殊功能芯片的極佳選擇。整個(gè)差分曼徹斯特編解碼芯片由一 塊CPLD實(shí)現(xiàn)，采用Verilog-HDL語(yǔ)言編寫(xiě)，資源利用情況小于200個(gè)邏輯單元和11個(gè)I/ 0端口。圖3所示的系統(tǒng)有兩個(gè)控制信號(hào)自檢控制和還回控制(均為低電平有效)，這也決 定了三個(gè)選擇器的工作方式和系統(tǒng)的工作模式，下面分別進(jìn)行說(shuō)明。選擇器工作方式說(shuō)明[0027]選擇器I .自檢控制為邏輯‘高’時(shí)，輸出芯片外部輸入的NRZ信號(hào)。自檢控制為邏輯‘低’時(shí)，輸出芯片內(nèi)部自檢模塊發(fā)出的自檢信號(hào)。選擇器II自檢控制為邏輯‘高’時(shí)，輸出芯片外部輸入的差分曼徹斯特碼。自檢控制為邏輯‘低’時(shí)，輸出NRZ編碼后的差分曼徹斯特碼。選擇器III .還回控制為邏輯‘高’時(shí)，輸出選擇器2出來(lái)的信號(hào)。還回控制為邏輯‘低’時(shí)，輸出差分曼徹斯特編碼模塊出來(lái)的信號(hào)。系統(tǒng)的工作狀態(tài)說(shuō)明①.正常工作自檢控制端為高電平，還回控制端為高電平；②.自檢狀態(tài)自檢控制端為低電平，還回控制端為高電平；③.還回狀態(tài)自檢控制端為高電平，還回控制端為低電平。系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)下，如圖3所示，芯片外部輸入的NRZ碼經(jīng)選擇器1進(jìn)入到 差分曼徹斯特編碼模塊，此模塊將NRZ碼轉(zhuǎn)換成差分曼徹斯特碼經(jīng)與門(mén)1進(jìn)行對(duì)外輸出；同 時(shí)芯片外部輸入的差分曼徹斯特碼經(jīng)選擇器2、選擇器3進(jìn)入到差分曼徹斯特解碼模塊，在 此模塊內(nèi)首先完成位同步時(shí)鐘的提取，再利用提取到的位同步時(shí)鐘將差分曼徹斯特碼轉(zhuǎn)換 為NRZ碼，轉(zhuǎn)換后的NRZ碼通過(guò)與門(mén)2對(duì)外進(jìn)行輸出。這樣就完成了正常的差分曼徹斯特 碼轉(zhuǎn)NRZ碼和NRZ碼轉(zhuǎn)差分曼徹斯特碼的功能。當(dāng)系統(tǒng)處于自檢工作狀態(tài)時(shí)，如圖3所示，芯片既不響應(yīng)外部輸入也不對(duì)外輸 出NRZ碼和差分曼徹斯特碼，這時(shí)自檢模塊發(fā)送帶有固定幀結(jié)構(gòu)的NRZ信號(hào)，此幀結(jié)構(gòu) 由于只是用于自檢所以盡可能簡(jiǎn)單，因此設(shè)計(jì)了一個(gè)具有8位同步幀頭(8位二進(jìn)制數(shù)為 10011011)和120位數(shù)據(jù)(全部為邏輯低)的幀結(jié)構(gòu)，帶幀頭的NRZ數(shù)據(jù)經(jīng)選擇器1進(jìn)入差 分曼徹斯特編碼模塊，編碼得到的差分曼徹斯特碼經(jīng)選擇器2、選擇器3進(jìn)入到差分曼徹斯 特解碼模塊，解碼得到的NRZ碼和提取到的位同步時(shí)鐘回送給自檢模塊，自檢模塊若能提 取到先前發(fā)送的幀同步頭并實(shí)現(xiàn)幀同步則說(shuō)明差分曼徹斯特編解碼芯片工作正常(自檢結(jié) 果輸出端為高電平)，否則說(shuō)明工作不正常(自檢結(jié)果輸出端為低電平)。還回狀態(tài)是為了應(yīng)用于一些特殊的測(cè)試環(huán)境，這時(shí)差分曼徹斯特編解碼芯片處于 一種閉環(huán)狀態(tài)，外部輸入的NRZ碼轉(zhuǎn)換為差分曼徹斯特碼后不對(duì)外發(fā)送，而是直接又送給 了解碼模塊，將解碼得到的NRZ碼對(duì)外輸出。如圖4所示，光信號(hào)收發(fā)器的電路連接為電阻R6、電阻R8、電阻R10、電阻R12、電 阻R13、電阻R11、電阻R9、電阻R7串聯(lián)，電阻R6和電阻R7的連接點(diǎn)接地，電阻R7和電阻 R9的連接點(diǎn)一路接光收發(fā)模塊2腳，另一路通過(guò)電阻R2及電容C6接地，電阻R6和電阻R8 的連接點(diǎn)接光收發(fā)模塊3腳，電阻R8和電阻RlO的連接點(diǎn)與電阻R9和電阻Rll的連接點(diǎn) 連接并接光收發(fā)模塊的5腳和6腳，電阻RlO和電阻R12的連接點(diǎn)接光收發(fā)模塊7腳，電阻 Rll和電阻R13的連接點(diǎn)一路接光收發(fā)模塊8腳，另一路通過(guò)電阻R3和電容C7接地，電阻 R12和電阻R13的連接點(diǎn)接地，光收發(fā)模塊的1腳、9腳接地。[0041 ] 編碼后的電信號(hào)在光信號(hào)收發(fā)器內(nèi)對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制變成光信號(hào)，通過(guò)光纖傳輸。
權(quán)利要求1.一種異步串行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸電路，其特征在于包括異步數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換芯片、 差分曼徹斯特編解碼芯片和光信號(hào)收發(fā)器，所述差分曼徹斯特編解碼芯片接收本地時(shí)鐘信 號(hào)并分別與異步數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換芯片、光收發(fā)器雙向連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異步串行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸電路，其特征在于所述差分曼 徹斯特編解碼芯片內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)為差分曼徹斯特編碼模塊分別與選擇器I、與門(mén)I、選擇 器II、選擇器III連接，差分曼徹斯特解碼模塊分別與與門(mén)II、自檢模塊、選擇器III連接，選擇 器I分別與自檢模塊、與門(mén)II、與門(mén)I、選擇器II連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異步串行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸電路，其特征在于所述異步數(shù) 據(jù)電平轉(zhuǎn)換芯片的電路連接為電平轉(zhuǎn)換芯片Dl的1腳通過(guò)電容Cl與3腳連接，2腳通過(guò)電 容C3接電源，4腳通過(guò)電容C2接5腳，6腳通過(guò)電容C4接地，8腳、10腳、15腳接地，16腳 接電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異步串行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸電路，其特征在于所述光信號(hào) 收發(fā)器的電路連接為電阻R6、電阻R8、電阻R10、電阻R12、電阻R13、電阻R11、電阻R9、電 阻R7串聯(lián)，電阻R6和電阻R7的連接點(diǎn)接地，電阻R7和電阻R9的連接點(diǎn)一路接光收發(fā)模 塊2腳，另一路通過(guò)電阻R2及電容C6接地，電阻R6和電阻R8的連接點(diǎn)接光收發(fā)模塊X2 的3腳，電阻R8和電阻RlO的連接點(diǎn)與電阻R9和電阻Rll的連接點(diǎn)連接并接光收發(fā)模塊 X2的5腳和6腳，電阻RlO和電阻R12的連接點(diǎn)接光收發(fā)模塊X2的7腳，電阻Rll和電阻 R13的連接點(diǎn)一路接光收發(fā)模塊X2的8腳，另一路通過(guò)電阻R3和電容C7接地，電阻R12和 電阻R13的連接點(diǎn)接地，光收發(fā)模塊的X2的1腳、9腳接地。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種異步串行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸電路。它包括異步數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換芯片、差分曼徹斯特編解碼芯片和光信號(hào)收發(fā)器，所述差分曼徹斯特編解碼芯片接收本地時(shí)鐘信號(hào)并分別與異步數(shù)據(jù)電平轉(zhuǎn)換芯片、光收發(fā)器雙向連接。本實(shí)用新型的特點(diǎn)是(1)傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速率高以及抗干擾能力強(qiáng)。(2)采用CPLD芯片實(shí)現(xiàn)差分曼徹斯特編解碼芯片縮短系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期，移植性、擴(kuò)展性好。(3)CPLD器件價(jià)格相對(duì)便宜，低成本。(4)不含有直流分量，且有較尖銳的頻譜特性，重要的是碼型中含有定時(shí)信息，有利于時(shí)鐘提取。
文檔編號(hào)H04B10/12GK201839287SQ201020564958
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者孫光, 宋光偉, 常濤, 李柬, 李續(xù), 李艷軍, 王克, 蘇紅, 苗堯飛, 謝建庭 申請(qǐng)人:天津光電通信技術(shù)有限公司