HDB3编码器ASIC的设计

　　摘要：在数字通信领域中，HDB3码是一种非常适合在基带信号传输系统中传输的码型，并保持了AMI的优点.为了满足用户的需求，提高通信系统工作稳定性，HDB3编码器专用集成电路（ASIC）集成了插“V”.插“B”和“V”码极性纠正模块，通过仿真和硬件验证，它可以有效消除传输信号中的直流成分和很小的低频成分，可以实现基带信号在基带信道中直接传输与提取，同时能很好地提取定时信号.

　　0 引言

　　数字通信的主要目的就是准确无误地传输信道中所携带的信息.数字通信系统中，发送端把数字信号变成适合信道的基带信号（基带调制），然后经过信道进行传输；接收端则把信道中的基带信号还原成原始的数字信号（基带解调），在这个调制解调的过程中首要的问题就是码型的选择问题.HDB3 编码具有很多优点：其一，它很容易在其相应基带信号中提取定时信号；其二，HDB3码无直流成分和很小的低频成分；其三，传输效率高.因此，HDB3码非常适合在基带信道中进行传输，并有必要进行HDB3编码器芯片的设计.

　　1 HDB3编码器ASIC的设计流程

　　首先采用Verilog HDL进行前端设计，在软件Quar-tusⅡ上编译仿真；然后进行综合.门电路仿真和硬件验证；进行后端版图设计.

　　2 HDB3编码器的硬件描述语言设计思路

　　HDB3 编码原理：首先将信息代码变换成交替反转码（AMI码，AMI码的编码规则：将代码中的“0”仍然变换成传输码中的“0”,而把“1”交替地变换为传输码中的+1,-1,+1,-1,…），然后来检查交替反转码中的连“0”情况.假如在该串码型中出现了4个或者4个以上连“0”时，将每4个连“0”段的第4个“0”替换成一个破坏符号“V”,该破坏码的极性与该串码型中前一非“0”符号同极性.为了保证插入破坏符号后的序列不会破坏，将相邻V 符号极性交替出现.因此当两个相邻的V 符号间有偶数个非“0”符号时，就要将该小段中第1个“0”变成“+B”或者“-B”,B符号的极性与前一非“0”符号相反，后面非“0”符号再交替变化.在单双极性变换时，必须要区分“+1”,“-1”,“+V”,“-V”,“+B”,“-B”,“0”,因此用一串二进制来表示，具体表示如表1所示.

　　该HDB3 编码器由插入“V”模块.插入“B”模块和“V”码极性纠正模块组成.

　　2.1 插入“V”模块该模块功能是将信息代码转换成正负交替的码型[6],同时将每4个连“0”段的第4个“0”替换成“V”.首先判断输入的码型是“0”或“1”,如果是“0”,每接收到，则让一个两位的计数器开始加“1”.为了保证计数的是4个连“0”,当输入的编码串中没有出现4个连“0”而出现了“1”时，两位计数器的计数初值重新清“0”.假如出现“0000”,还要判断前一非“0”符号的极型，目的就是为了让第4 个“0”替换成与前一非“0”符号相同极性的破坏码（V）；如果输入是“1”,只需判断前一非“0”符号是“+”还是“-”,比如说，前一非“0”符号为“+”,那么此次的“1”变为“-1”输出，同时让符号标志位变为“-”状态，同理，前一非“0”符号为“-”,输出结果将是“+1”,符号标志将变为“+”.设计流程见图1,该模块门电路见图2.

　　2.2 插入“B”模块

　　信息代码经过上级模块（插入“V”模块）以后，输出的代码将是极性正负交替的码型[7].插入“B”模块的功能是：当两个连续的“V”之间有偶数个“1”时，要将该小段中个“0”替换成“B”,其符号与前一非“0”符号相反；当两个连续的“V”间有奇数个“1”时，则无须替换.

　　本模块的设计精髓是：设计成可综合的状态机，利用状态机的方法将信息代码编成HDB3的码.此设计共5个状态，并且将插入的破坏码“B”的极性记录下来，以便下级模块进行“V”码极性的纠正.在个状态中，如果接到的数据是“+V”或“-V”,信息代码原样输出，分别转移到第2.第3个状态；如果是其他符号的数据，信息代码也原样输出，回到个状态.在第二个状态中，当有非“+1”符号输入时，信息代码原样输出，回到第二个状态；当有“+1”输入时，说明两个相邻的“V”之间有偶数个“1”,转移到第4个状态.在第四个状态中，当有“0”输入时，则让此刻的“0”替换成“-B”,回到个状态，重新开始判断两个连续的“V”之间是否有偶数个“1”;当有非“0”符号输入时，回到第二个状态.第三.第五个状态工作方式与以上类似.状态转移图见图3,模块门电路见图4.

　　2.3 “V”码极性纠正模块由于插入“B”模块的存在，使得“V”码的极性与前一非“0”符号的极性不能保持一致.因此，需要加一个“V”码极性纠正模块，在该模块中，有两个数据输入端，一个是信息代码，另外一个是记录“B”码极性的标志.

　　当标志为“01”和“11”时，分别表示此刻插入“B”码极性是“-”和“+”.设计思路：当标志是“01”,且紧接着“B”

　　码后的个“V”码极性是“ +”时，就让“ +V”替换成“-V”输出，同理，当标志是“11”,且紧接着“B”码后的个“V”码极性是“-”时，就让“-V”替换成“+V”输出，其他的状态都保持原样输出.该模块门级电路见图5.

　　3 HDB3编码器仿真结果分析仿真结果见图6.

　　当输入的原始信息代码串：

　　“10101100000110000100001100001100111000011110000”经过插入“V”模块后，原始的信息代码串被转换成正负交替的极性码（其中“V”码除外，因为“V”码的极性和前一非“0”码的极性相同），输出信号codeoutv 为：

　　“60206200030620003600072600072600262000362620003”,并作为插入“B”模块的输入信号，其输出信号为codeoutb,根据要求将对该串信息代码插入破坏码（“B”），在插入破坏码后，使得“V”码的极性不符合HDB3编码的规则，因此在该模块中增加了“B”码极性的标志输出，该标志在“V”码极性纠正模块中将codeoutb信息代码的“V”码极性进行纠正，输出端codeout 的输出结果为：“ 60206200030625007600072610032610262000362625007”.

　　4 结语

　　该HDB3编码芯片的设计采用了优化技术和巧妙的逻辑电路设计，通过仿真和硬件验证，它可以有效消除传输信号中的直流成分和很小的低频成分，实现了基带信号在基带信道中直接传输与提取，并能很好地提取定时信号.采用0.25 靘 的硅栅工艺绘制版图，很大程度上减小了版图面积，且工艺先进.性能稳定，芯片可广泛应用于数字通信领域.