FS信號(hào)可用作示波器的外同步信號(hào)，以便觀察2DPSK等信號(hào)。
FS信號(hào)、NRZ-OUT信號(hào)之間的相位關(guān)系如圖1-5所示，圖中NRZ-OUT的無定義位為0，幀同步碼為1110010，數(shù)據(jù)1為11110000，數(shù)據(jù)2為00001111。FS信號(hào)的低電平、高電平分別為4位和8位數(shù)字信號(hào)時(shí)間，其上升沿比NRZ-OUT碼第一位起始時(shí)間超前一個(gè)碼元。

圖1-5? FS、NRZ-OUT波形
??? 2. HDB3編譯碼
??? 原理框圖如圖1-6所示。本模塊內(nèi)部使用+5V和-5V電壓，其中-5V電壓由-12V電源經(jīng)三端穩(wěn)壓器7905變換得到。 本單元有以下信號(hào)測(cè)試點(diǎn)：
??? ? NRZ????譯碼器輸出信號(hào)
??? ? BS-R????鎖相環(huán)輸出的位同步信號(hào)
??? ?（AMI）HDB3???編碼器輸出信號(hào)
??? ? BPF????帶通濾波器輸出信號(hào)
? DET???????? （AMI）HDB3整流輸出信號(hào)

圖1-6? HDB3編譯碼方框圖

本模塊上的開關(guān)K4用于選擇碼型，K4位于左邊（A端）選擇AMI碼，位于右邊（H端）選擇HDB3碼。
??? 圖1-6中各單元與電路板上元器件的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：
??? ? HDB3編譯碼器?????U10：HDB3編譯碼集成電路CD22103A
??? ? 單/雙極性變換器????U11：模擬開關(guān)4052
??? ? 雙/單極性變換器????U12：非門74HC04
? 相加器???????U17：或門74LS32
??? ? 帶通???????U13、U14：運(yùn)放UA741
??? ? 限幅放大器??????U15：運(yùn)放LM318
? 鎖相環(huán)???????U16：集成鎖相環(huán)CD4046
信源部分的分頻器、三選一、倒相器、抽樣以及(AMI)HDB3編譯碼專用集成芯片CD22103等電路的功能可以用一片EPLD（EPM7064）芯片完成，說明見附錄四。
??? 下面簡(jiǎn)單介紹AMI、HDB3碼編碼規(guī)律。
??? AMI碼的編碼規(guī)律是：信息代碼1變?yōu)閹в蟹?hào)的1碼即+1或-1，1的符號(hào)交替反轉(zhuǎn)；信息代碼0的為0碼。AMI碼對(duì)應(yīng)的波形是占空比為0.5的雙極性歸零碼，即脈沖寬度τ與碼元寬度（碼元周期、碼元間隔）TS的關(guān)系是τ=0.5TS。
HDB3碼的編碼規(guī)律是：4個(gè)連0信息碼用取代節(jié)000V或B00V代替，當(dāng)兩個(gè)相鄰V碼中間有奇數(shù)個(gè)信息1碼時(shí)取代節(jié)為000V，有偶數(shù)個(gè)信息1碼（包括0個(gè)信息1碼）時(shí)取代節(jié)為B00V，其它的信息0碼仍為0碼；信息碼的1碼變?yōu)閹в蟹?hào)的1碼即+1或-1；HDB3碼中1、B的符號(hào)符合交替反轉(zhuǎn)原則，而V的符號(hào)破壞這種符號(hào)交替反轉(zhuǎn)原則，但相鄰V碼的符號(hào)又是交替反轉(zhuǎn)的；HDB3碼是占空比為0.5的雙極性歸零碼。
??? 設(shè)信息碼為0000 0110 0001 0000 0，則NRZ碼、AMI碼，HDB3碼如圖1-8所示。
分析表明，AMI碼及HDB3碼的功率譜如圖1-9所示，它不含有離散譜fS成份（fS =1/TS，等于位同步信號(hào)頻率）。在通信的終端需將它們譯碼為NRZ碼才能送給數(shù)字終端機(jī)或數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。在做譯碼時(shí)必須提供位同步信號(hào)。工程上，一般將AMI或HDB3碼數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整流處理，得到占空比為0.5的單極性歸零碼（RZ|τ=0.5TS）。這種信號(hào)的功率譜也在圖1-9中給出。由于整流后的AMI、HDB3碼中含有離散譜fS ，故可用一個(gè)窄帶濾波器得到頻率為fS的正弦波，整形處理后即可得到位同步信號(hào)。

圖1-9? AMI、HDB3、RZ|τ=0.5TS頻譜

??? 本單元用CD22103集成電路進(jìn)行AMI或HDB3編譯碼。當(dāng)它的第3腳（HDB3/ AMI）接+5V時(shí)為HDB3編譯碼器，接地時(shí)為AMI編譯碼器。編碼時(shí)，需輸入NRZ碼及位同步信號(hào)，它們來自數(shù)字信源單元，已在電路板上連好。CD22103編碼輸出兩路并行信號(hào)+H-OUT和-H-OUT，它們都是半占空比的正脈沖信號(hào)，分別與AMI或HDB3碼的正極性信號(hào)及負(fù)極性信號(hào)相對(duì)應(yīng)。這兩路信號(hào)經(jīng)單/雙極性變換后得到AMI碼或HDB3。
??? 雙/單極性變換及相加器構(gòu)成一個(gè)整流器。整流后的DET信號(hào)含有位同步信號(hào)頻率離散譜。由于位同步頻率比較低，很難將有源帶通濾波器的帶寬做得很窄，它輸出的信號(hào)BPF是一個(gè)幅度和周期都不恒定的正弦信號(hào)。對(duì)此信號(hào)進(jìn)行限幅放大處理后得到幅度恒定、周期變化的脈沖信號(hào)，但仍不能將此信號(hào)作為譯碼器的位同步信號(hào)，需作進(jìn)一步處理。當(dāng)鎖相環(huán)的自然諧振頻率足夠小時(shí)，對(duì)輸入的電壓信號(hào)可等效為窄帶帶通濾波器（關(guān)于鎖相環(huán)的基本原理將在實(shí)驗(yàn)三中介紹）。本單元中采用電荷泵鎖相環(huán)構(gòu)成一個(gè)Q值約為35的的窄帶帶通濾波器，它輸出一個(gè)符合譯碼器要求的位同步信號(hào)BS-R。
??? 譯碼時(shí)，需將AMI或HDB3碼變換成兩路單極性信號(hào)分別送到CD22103的第11、第13腳，此任務(wù)由雙/單變換電路來完成。
??? 當(dāng)信息代碼連0個(gè)數(shù)太多時(shí)，從AMI碼中較難于提取穩(wěn)定的位同步信號(hào)，而HDB3中連0個(gè)數(shù)最多為3，這對(duì)提取高質(zhì)量的位同信號(hào)是有利的。這也是HDB3碼優(yōu)于AMI碼之處。HDB3碼及經(jīng)過隨機(jī)化處理的AMI碼常被用在PCM一、二、三次群的接口設(shè)備中。
在實(shí)用的HDB3編譯碼電路中，發(fā)端的單/雙極性變換器一般由變壓器完成；收端的雙/單極性變換電路一般由變壓器、自動(dòng)門限控制和整流電路完成，本實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖钦莆誋DB3編碼規(guī)則，及位同步提取方法，故對(duì)極性變換電路作了簡(jiǎn)化處理，不一定符合實(shí)用要求。
??? CD22103的引腳及內(nèi)部框圖如圖1-10所示，詳細(xì)說明如下：

圖1-10? CD22103的引腳及內(nèi)部框圖
（1）NRZ-IN???編碼器NRZ信號(hào)輸入端；
（2）CTX????編碼時(shí)鐘（位同步信號(hào)）輸入端；
（3）HDB3/ AMI?碼型選擇端：接TTL高電平時(shí)，選擇HDB3碼；接TTL低電平時(shí)，選擇AMI碼；
（4）NRZ-OUT???HDB3譯碼后信碼輸出端；
（5）CRX????譯碼時(shí)鐘（位同步信號(hào)）輸入端；
（6）RAIS???告警指示信號(hào)（AIS）檢測(cè)電路復(fù)位端，負(fù)脈沖有效；
（7）AIS?AIS信號(hào)輸出端，有AIS信號(hào)為高電平，無ALS信號(hào)時(shí)為低電平；
（8）VSS????接地端；
（9）ERR????不符合HDB3/AMI編碼規(guī)則的誤碼脈沖輸出端；
（10）CKR???HDB3碼的匯總輸出端；
（11）+HDB3-IN??HDB3譯碼器正碼輸入端；
（12）LTF?HDB3譯碼內(nèi)部環(huán)回控制端，接高電平時(shí)為環(huán)回，接低電平為正常；
（13）-HDB3-IN??HDB3譯碼器負(fù)碼輸入端；
（14）-HDB3-OUT??HDB3編碼器負(fù)碼輸出端；
（15）+HDB3-OUT??HDB3編碼器正碼輸出端；
（16）VDD????接電源端（+5V）
??? CD22103主要由發(fā)送編碼和接收譯碼兩部分組成，工作速率為50Kb/s~10Mb/s。兩部分功能簡(jiǎn)述如下。
??? 發(fā)送部分：
??? 當(dāng)HDB3/ AMI 端接高電平時(shí)，編碼電路在編碼時(shí)鐘CTX下降沿的作用下，將NRZ碼編成HDB3碼（+HDB3-OUT、-HDB3-OUT兩路輸出）；接低電平時(shí)，編成AMI碼。編碼輸出比輸入碼延遲4個(gè)時(shí)鐘周期。
??? 接收部分：
??? （1）在譯碼時(shí)鐘CRX的上升沿作用下，將HDB3碼（或AMI碼）譯成NRZ碼。譯碼輸出比輸入碼延遲4個(gè)時(shí)鐘周期。
??? （2）HDB3碼經(jīng)邏輯組合后從CKR端輸出，供時(shí)鐘提取等外部電路使用；
??? （3）可在不斷業(yè)務(wù)的情況下進(jìn)行誤碼監(jiān)測(cè)，檢測(cè)出的誤碼脈沖從ERR端輸出，其脈寬等于收時(shí)鐘的一個(gè)周期，可用此進(jìn)行誤碼計(jì)數(shù)。
??? （4）可檢測(cè)出所接收的AIS碼，檢測(cè)周期由外部RAIS決定。據(jù)CCITT規(guī)定，在RAIS信號(hào)的一個(gè)周期（500s）內(nèi)，若接收信號(hào)中“0”碼個(gè)數(shù)少于3，則AIS端輸出高電平，使系統(tǒng)告警電路輸出相應(yīng)的告警信號(hào)，若接收信號(hào)中“0”碼個(gè)數(shù)不少于3，AIS端輸出低電平，表示接收信號(hào)正常。
（5）具有環(huán)回功能

四、?實(shí)驗(yàn)步驟

??? 本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源單元和HDB3編譯碼單元。
1、?熟悉數(shù)字信源單元和HDB3編譯碼單元的工作原理。接好電源線，打開電源開關(guān)。
2、??用示波器觀察數(shù)字信源單元上的各種信號(hào)波形。
??? 用信源單元的FS作為示波器的外同步信號(hào)，示波器探頭的地端接在實(shí)驗(yàn)板任何位置的GND點(diǎn)均可，進(jìn)行下列觀察：
??? （1）示波器的兩個(gè)通道探頭分別接信源單元的NRZ-OUT和BS-OUT，對(duì)照發(fā)光二極管的發(fā)光狀態(tài)，判斷數(shù)字信源單元是否已正常工作（1碼對(duì)應(yīng)的發(fā)光管亮，0碼對(duì)應(yīng)的發(fā)光管熄）；
??? （2）用開關(guān)K1產(chǎn)生代碼×1110010（×為任意代碼，1110010為7位幀同步碼），K2、K3產(chǎn)生任意信息代碼，觀察本實(shí)驗(yàn)給定的集中插入幀同步碼時(shí)分復(fù)用信號(hào)幀結(jié)構(gòu)，和NRZ碼特點(diǎn)。
3、??用示波器觀察HDB3編譯單元的各種波形。
?仍用信源單元的FS信號(hào)作為示波器的外同步信號(hào)。
?（1）示波器的兩個(gè)探頭CH1和CH2分別接信源單元的NRZ-OUT和HDB3單元的（AMI）HDB3，將信源單元的K1、K2、K3每一位都置1，觀察全1碼對(duì)應(yīng)的AMI碼和HDB3碼；再將K1、K2、K3置為全0，觀察全0碼對(duì)應(yīng)的AMI碼和HDB3碼。觀察AMI碼時(shí)將HDB3單元的開關(guān)K4置于A端，觀察HDB3碼時(shí)將K4置于H端，觀察時(shí)應(yīng)注意AMI、HDB3碼是占空比等于0.5的雙極性歸零碼。編碼輸出HDB3（AMI）比輸入NRZ-OUT延遲了4個(gè)碼元。
?（2）將K1、K2、K3置于0111 0010 0000 1100 0010 0000態(tài)，觀察并記錄對(duì)應(yīng)的AMI碼和HDB3碼。
?（3）將K1、K2、K3置于任意狀態(tài)，K4先置A（AMI）端再置H（HDB3）端，CH1接信源單元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3單元的DET、BPF、BS-R和NRZ ，觀察這些信號(hào)波形。觀察時(shí)應(yīng)注意：
???? ? HDB3單元的NRZ信號(hào)（譯碼輸出）滯后于信源模塊的NRZ-OUT信號(hào)（編碼輸入）8個(gè)碼元。
???? ? DET是占空比等于0.5的單極性歸零碼。
???? ? BPF信號(hào)是一個(gè)幅度和周期都不恒定的正弦信號(hào)，BS-R是一個(gè)周期基本恒定（等于一個(gè)碼元周期）的TTL電平信號(hào)。
?? 信源代碼連0個(gè)數(shù)越多，越難于從AMI碼中提取位同步信號(hào)（或者說要求帶通濾波的Q值越高，因而越難于實(shí)現(xiàn)），而HDB3碼則不存在這種問題。本實(shí)驗(yàn)中若24位信源代碼中連零很多時(shí)，則難以從AMI碼中得到一個(gè)符合要求的位同步信號(hào)，因此不能完成正確的譯碼（由于分離參數(shù)的影響，各實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的現(xiàn)象可能略有不同。一般將信源代碼置成只有1個(gè)“1”碼的狀態(tài)來觀察譯碼輸出）。若24位信源代碼全為“0”碼，則更不可能從AMI信號(hào)（亦是全0信號(hào)）得到正確的位同步信號(hào)。

五、?實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

??? 1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察和紀(jì)錄回答：
（1）不歸零碼和歸零碼的特點(diǎn)是什么？
（2）與信源代碼中的“1”碼相對(duì)應(yīng)的AMI碼及HDB3碼是否一定相同？為什么？
??? 2. 設(shè)代碼為全1，全0及0111 0010 0000 1100 0010 0000，給出AMI及HDB3碼的代碼和波形。
??? 3. 總結(jié)從HDB3碼中提取位同步信號(hào)的原理。
??? 4. 試根據(jù)占空比為0.5的單極性歸零碼的功率譜密度公式說明為什么信息代碼中的連0碼越長，越難于從AMI碼中提取位同步信號(hào)，而HDB3碼則不存在此問題。
5. 根據(jù)公式 ，? 計(jì)算環(huán)路自然諧振頻率ωn，阻尼系數(shù)ζ和等效噪聲帶寬BL 。式中IP=0.05A，Ko=8π×103 rad/s.v ，R36=10Ω，C17=100μF。再用Q= fo／BL計(jì)算鎖相環(huán)等效帶通濾波器的品質(zhì)因數(shù)，式中fo=170.5KHZ。