基于FPGA的IRIG-B編碼器實(shí)現(xiàn)

2 系統(tǒng)方案
2．1 系統(tǒng)原理框圖
設(shè)計(jì)授時(shí)系統(tǒng)需要一個(gè)精準(zhǔn)時(shí)基。在此利用精密授時(shí)型GPS引擎M12T作為系統(tǒng)時(shí)基，利用AlteraFPGA檢測(cè)M12T輸出的百分秒(100 pps)同步信號(hào)和經(jīng)串口輸出的絕對(duì)時(shí)間信號(hào)，編碼后輸出到DC／AC接口模塊，再輸出到物理鏈路，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

上述系統(tǒng)首先實(shí)現(xiàn)了B碼直流編碼，而后在直流碼的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)交流調(diào)制，以得到交流碼，同時(shí)提供恢復(fù)每秒脈沖數(shù)輸出和隔離RS 232串行口輸出且符合Motorola格式的時(shí)間碼，以及數(shù)碼管的時(shí)間顯示。時(shí)間顯示部分用FPGA實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，下文不再詳述。
2．2 GPS授時(shí)模塊M12T
M12接收器是Motorola公司優(yōu)秀ONCORE家族中的新成員，廣泛用于各類定位、導(dǎo)航、授時(shí)設(shè)備中，擁有全GPS行業(yè)內(nèi)最快的初次定位時(shí)間和重捕獲衛(wèi)星的時(shí)間。M12T是針對(duì)GPS授時(shí)推出的定時(shí)精度更高的增強(qiáng)型產(chǎn)品。M12T具有12個(gè)并行通道，可同時(shí)跟蹤12顆衛(wèi)星，重捕獲時(shí)間小于1．O s。當(dāng)擁有當(dāng)前天歷、位置、時(shí)間和星歷數(shù)據(jù)時(shí)。首次定位時(shí)間TTFF15 s。在位置保持狀態(tài)時(shí)，定時(shí)精度(1 pps或100 pps)小于12 ns。
2．3 FPGA和DAC
FPGA采用Altera CycloneⅡEPC2C5T144，該芯片有4 608個(gè)LE，26個(gè)M4K．兩個(gè)模擬鎖相環(huán)。DAC采用單通道、單電源、自帶基準(zhǔn)的MAX5712。MAX5712是微型引腳，12 b解析度，片上精密輸出放大器提供滿擺幅輸出。MAX5712用兼容SPITM／QSPITM／MICROWIRETM和DSt標(biāo)準(zhǔn)接口的3線串行接口。所有輸入都兼容于CMOS邏輯，并經(jīng)過施密特觸發(fā)器緩沖，允許直接接光電耦合器。MAX5712含有上電復(fù)位(POR)電路，確保上電時(shí)DAC處于零電壓輸出狀態(tài)。

3 時(shí)鐘模塊實(shí)現(xiàn)
3．1 基準(zhǔn)時(shí)刻和索引脈沖的提取
要保證B碼每個(gè)碼元的上升沿時(shí)刻準(zhǔn)確，需要100 pps的精確時(shí)基和pps的參考點(diǎn)。一般的做法是用pps作為基準(zhǔn)，每個(gè)碼元的起點(diǎn)由前兩個(gè)秒脈沖的間隔等分得到。這種方法使用上一時(shí)刻來預(yù)測(cè)下一秒，每秒脈沖有抖動(dòng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致最后一個(gè)碼元寬度不足或超過10 ms，這將無法利用B碼來實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步和數(shù)據(jù)等間隔同步的采集。本文直接使用M12T產(chǎn)生的100 pps信號(hào)作為每個(gè)碼元的起始時(shí)刻，然后再從100 pps信號(hào)中恢復(fù)出1 pps。由于B碼參考標(biāo)記Pr=1 pps的上升沿，所以這種方法既保證Pr的準(zhǔn)確性，又保證各個(gè)碼元和索引標(biāo)記時(shí)刻的準(zhǔn)確性。在有等間隔同步數(shù)據(jù)采樣要求的場(chǎng)合，可使用每個(gè)B碼碼元的上升沿校準(zhǔn)本地時(shí)基，確保采樣同步和時(shí)間同步。