一種基于FPGA的數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)的FPGA設(shè)計(jì)

　　本次FPGA設(shè)計(jì)采用分層設(shè)計(jì)，頂層為整個(gè)系統(tǒng)的原理框圖(見圖3)，用一些符號(hào)表示功能塊，然后把每個(gè)功能塊分成若干子模塊，各模塊獨(dú)立設(shè)計(jì)。下面就各模塊的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行詳細(xì)介紹。

　　復(fù)接電路設(shè)計(jì)

　　復(fù)接電路如圖4所示，它由復(fù)接時(shí)序發(fā)生器、緩存器、碼速調(diào)整控制電路、插入碼控制電路、幀定位信號(hào)發(fā)生器和合路器6個(gè)模塊構(gòu)成。圖中只畫了第一條支路參與復(fù)接的實(shí)現(xiàn)過程，因?yàn)樗臈l支路的過程完全相同，因而略去其余3個(gè)支路的電路。

圖4　復(fù)接電路框圖

　　(1)復(fù)接時(shí)序發(fā)生器模塊

　　輸入為2.112MHz頻率的均勻時(shí)鐘，通過該模塊產(chǎn)生插入碼控制電路所需的插入標(biāo)志時(shí)隙脈沖SZ、調(diào)整插入時(shí)隙脈沖SV、頻率為2.112MHz的非均勻時(shí)鐘f(從輸入的均勻時(shí)鐘扣除了時(shí)隙SZ和SF)和幀定位信號(hào)發(fā)生器所需的時(shí)隙脈沖SF。

　　(2)緩存器模塊

　　基群信號(hào)以2.048MHz的均勻時(shí)鐘clk_wr寫入緩存器，同時(shí)以2.112MHz的非均勻時(shí)鐘clk_rd讀出，clk_rd由插入碼控制電路產(chǎn)生。該模塊還需輸出每次寫入和讀出一幀數(shù)據(jù)時(shí)第一個(gè)clk_wr脈沖P1和clk_rd脈沖P2，送給碼速調(diào)整控制電路模塊。在該模塊的設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意每一幀信息碼的位數(shù)不是固定的，必須通過碼速調(diào)整控制電路模塊的反饋信號(hào)Fn來確定，當(dāng)反饋信號(hào)表明本幀需要調(diào)整，則位數(shù)為205；反之，位數(shù)為206。

　　(3)碼速調(diào)整控制電路模塊

　　緩存器的寫入脈沖超前于讀出脈沖的時(shí)間量稱為讀寫時(shí)差，讀寫時(shí)差的大小總隨時(shí)間不斷變化著。該電路中緩存器的寫入速率低于讀出速率，隨著時(shí)間的推移，緩存器中所存信息碼數(shù)目越來越少，最后導(dǎo)致“取空”而造成錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)傳輸。因此，我們必須設(shè)定一門限，當(dāng)信碼數(shù)降到門限值時(shí)，就進(jìn)行碼速調(diào)整。

　　通過對(duì)各時(shí)刻讀寫時(shí)差的聯(lián)系以及趨向最終狀態(tài)變化的分析得出，讀寫時(shí)差的最低點(diǎn)總是發(fā)生在一幀末尾，而在幀首通過兩脈沖相位差就能判斷本幀是否需要碼速調(diào)整。具體地說，P1和P2輸入進(jìn)行鑒相判決得到幀首的讀寫時(shí)差T0，與調(diào)整門限值TS進(jìn)行比較，若T0>TS則本幀不需要調(diào)整，反之若T0≤TS，則需要調(diào)整。這時(shí)模塊輸出反饋信號(hào)Fn給緩存器，和調(diào)整控制負(fù)脈沖Gate給輸入碼控制電路模塊。

　　(4)插入碼控制電路模塊

　　該模塊的功能是對(duì)緩存器的讀出信息進(jìn)行插入碼控制，輸出2.112MHz的非均勻時(shí)鐘clk_rd和參與合路的支路碼流。為了標(biāo)志是否在時(shí)隙SZ有插入調(diào)整比特，就必須引入插入標(biāo)志碼。通常在一幀中規(guī)定一個(gè)特定時(shí)隙SV，提供一次碼速調(diào)整的機(jī)會(huì)。如果某支路需要進(jìn)行調(diào)整，就在該時(shí)隙插入一比特脈沖，如不需要調(diào)整則該時(shí)隙仍傳支路信息。為確保可靠性，通常采用3位碼作為插入標(biāo)志碼。如果某支路有插入調(diào)整，用標(biāo)志碼為111來表示，否則用000表示。

　　(5)幀定位信號(hào)發(fā)生器模塊

　　該模塊產(chǎn)生幀同步信號(hào)和告警指示碼，幀定位信號(hào)可以集中插入，也可以分散到各支路插入，考慮到設(shè)備和延遲問題，我們選擇集中插入。

　　(6)合路器模塊

　　根據(jù)每個(gè)時(shí)間間隔傳送碼字的多少，有3種排列方式：按位復(fù)接、按字復(fù)接和按幀復(fù)接。其中按位復(fù)接要求緩存器容量較小，較易實(shí)現(xiàn)，而且二次群幀結(jié)構(gòu)是由4個(gè)支路子幀按位復(fù)接而成，所以一般采用按位復(fù)接，本文采用的也是該方式。該模塊按位順序循環(huán)讀取四路碼速調(diào)整后的碼流，在對(duì)應(yīng)SF時(shí)隙插入幀定位信號(hào)“111101000000”，得到二次群信號(hào)，即完成整個(gè)復(fù)接部分。