專利名稱：一種直流b碼轉換為交流b碼的方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及轉碼技術，具體的說是涉及一種直流B碼轉換為交流B碼的方法及其
直ο
背景技術：
IRIG是美國靶場司令部委員會的下屬機構靶場儀器組的簡稱 (Inter-RangeInstrumentation Group)。IRIG 串行時間碼，共有六種格式，即 A、B、D、E、G、 H，其中IRIG-B格式時間碼(以下簡稱B碼)應用最為廣泛。B碼的時幀速率為1幀/s，包 含100位信息，分別表示BCD時間信息和控制功能信息，同時也可從串行時間碼中提取1Hz、 IOHz和IOOHz脈沖信號。隨著工業(yè)自動化的飛速發(fā)展，自動化設備對時間同步的要求也越來越高，應用也 越來越廣泛。IRIG-B時間B碼以其時間信息含量豐富、易傳輸、易理解等特點，廣泛應用于 電力、通信、軍事等領域。IRIG-B格式時間碼由兩種接口形式=IRIG-B(DC)碼(以下簡稱直流B碼)和 IRIG-B (AC)碼(以下簡稱交流B碼)。直流B碼通常采用TTL接口(電平信號)和RS-422/485接口(差分信號)，每秒 1幀，每幀10組，每組10個碼元，每個碼元寬度10ms。碼元采用脈寬調制編碼如圖1所示， 碼元脈沖均先高電平后低電平。依據占空比的不同有3種占空比為20%的碼元(2ms高 電平、8ms低電平)表示1位二進制數“0”，占空比為50%的碼元(5ms高電平、5ms低電平) 表示1位二進制數“1”，占空比為80%的碼元(8ms高電平、2ms低電平)表示1個位置標識 符“P”。每個碼元脈沖的上升沿對應著整秒的1/100的等分點，每幀的碼元依據實時的時間 信息和控制信息按IRIG-B格式排列。交流B碼采用600 Ω平衡接口，為IkHz標準調幅正弦波，正弦波的正交過零點與 碼元的上升沿對齊。交流B碼正弦波的幅值大小與直流B碼的高、低電平對應，標準的調制 比例為10 3，通常也設置為3 1，如圖1所示。在現有技術中，B碼的產生都是由CPU對GPS或北斗信號進行解碼，提取秒脈沖和 串口時間報文，通過CPU和CPLD/FPGA生成直流B碼，通過CPU和DAC或運放電路生成交流 B碼，都要用到內部的IOMHz恒溫晶振提供的頻率信號，增加了裝置的復雜度，降低了裝置 的靈活性，不利于交流B碼的擴展。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種直流B碼轉換為交流B碼的方法及其裝 置，解決傳統(tǒng)技術中交流B碼產生裝置復雜、靈活性低的問題。本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是一種直流B碼轉換為交流B碼的 裝置，包括倍頻電路、同步分頻電路、相差提取電路、高階IKHz帶通濾波器、調幅切換電路 及驅動電路，所述倍頻電路、同步分頻電路、高階IKHz帶通濾波器、調幅切換電路及驅動電路依次連接，所述相差提取電路連接高階IKHz帶通濾波器與同步分頻電路，所述同步分頻 電路的倍數為倍頻電路倍數的十分之一。所述倍頻電路是由一個4倍倍頻器與兩個100倍倍頻器及一個鎖相環(huán)電路串接成 閉環(huán)回路而成的40000倍倍頻電路。所述同步分頻電路由10倍同步分頻計數器、100倍同步分頻計數器與4倍同步分 頻計數器級聯(lián)而成的4000倍同步分頻電路。所述相差提取電路包括比較器、160倍同步分頻計數器、320倍同步分頻計數器、 16倍同步分頻 計數器、鑒相器及濾波整形電路，所述比較器的輸出端連接320倍同步分頻 計數器和160倍同步分頻計數器的時鐘信號輸入端；16倍同步分頻計數器與160倍同步分 頻計數器的輸出端連接鑒相器；320倍同步分頻計數器的輸出端連接16倍同步分頻計數器 和160倍同步分頻計數器的控制端，鑒相器的輸出端與濾波整形電路連接。所述調幅切換電路包括電阻R2、電阻R3、電阻R4、模擬開關及K倍比例放大器，所 述電阻R2、電阻R3、電阻R4依次串聯(lián)接地；所述模擬開關與電阻R4并聯(lián)；電阻R2與電阻 R3的節(jié)點連接K倍比例放大器，K > 1且為整數。一種直流B碼轉換為交流B碼的方法，包括以下步驟a.對直流B碼信號做倍頻處理，產生倍頻信號；b.對倍頻信號做分頻處理，產生方波信號；c.將方波信號輸入高階帶通濾波器產生正弦波信號；d.將正弦波信號輸入相差提取電路與直流B碼信號做比相處理，提取相差控制分 頻電路調整相移；e.采用直流B碼信號的電平控制調整相移后的正弦波的幅值，生成交流B碼信號。所述步驟a中，對直流B碼信號做倍頻處理時，倍頻數取決于對后續(xù)步驟中相移調 整的精度要求。所述步驟d中，相差提取電路按照一定的相差檢測節(jié)拍檢測正弦波信號和直流B 碼信號的相位差，濾除小于分辨率的相差脈沖，相位差檢測節(jié)拍周期大于帶通濾波器的延 時。所述步驟e中，調幅比例為3 1或10 3。本發(fā)明的有益效果是無需CPU和其他時序信號，裝置結構簡單，易于實現，靈活 性強、完全滿足同步時鐘系統(tǒng)對交流B碼的精度要求。


圖1為直流B碼和交流B碼“0”、“ 1，，和“P”碼元波形圖；圖2為實施例的直流B碼轉換為交流B碼裝置原理框圖；圖3為本發(fā)明的40000倍倍頻電路原理框圖；圖4為本發(fā)明的4000倍同步分頻電路原理框圖；圖5為本發(fā)明的相差提取電路原理框圖；圖6為本發(fā)明的調幅切換電路原理框圖；圖7為本發(fā)明的調整前波形轉換示意圖；圖8為本發(fā)明的調整后波形轉換示意圖9為本發(fā)明的相位調整波形示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的描述。本發(fā)明公開了一種直流B碼轉換為交流B碼的方法及其裝置，解決傳統(tǒng)技術中交流B碼產生裝置復雜、靈活性低的問題。其采用全硬件實現，無需CPU和其他時序信號，裝 置結構簡單，易于實現，靈活性強、完全滿足同步時鐘系統(tǒng)對交流B碼的精度要求。其實現 方法包括以下步驟a.對直流B碼信號做倍頻處理，產生倍頻信號；b.對倍頻信號做分頻 處理，產生方波信號；c.將方波信號輸入高階帶通濾波器產生正弦波信號；d.將正弦波信 號輸入相差提取電路與直流B碼信號做比相處理，提取相差控制分頻電路調整相移；e.采 用直流B碼信號的電平控制調整相移后的正弦波的幅值，生成交流B碼信號。其實現裝置包括倍頻電路、同步分頻電路、相差提取電路、高階IKHz帶通濾波器、 調幅切換電路及驅動電路，所述倍頻電路、同步分頻電路、高階IKHz帶通濾波器、調幅切換 電路及驅動電路依次連接，所述相差提取電路連接高階IKHz帶通濾波器與同步分頻電路， 所述同步分頻電路的倍數為倍頻電路倍數的十分之一。本發(fā)明的優(yōu)越性主要體現在(1)本發(fā)明通過倍頻電路將直流B碼IOOHz的信號DCB倍頻為4MHz的信號 P4MHz,為交流B碼相移調整提供基本單位，決定了相移調整的精度(4MHz對應精度范圍為 士250ns)，可以根據調整精度(分辨率)的要求決定倍頻的多少。(2)本發(fā)明通過相差提取電路按照一定的節(jié)拍檢測交流B碼和直流B碼信號的相 位差，濾除小于分辨率的相差脈沖，實現一步調整到位，這里的相位差檢測節(jié)拍周期要大于 帶通濾波器的延時。(3)本發(fā)明通過模擬電子開關短接電阻，實現交流B碼的調幅，調幅比例3 1(也 可以為10 3)，模擬電子開關由直流B碼高、低電平控制。實施例如圖2所示，本例中的直流B碼轉換為交流B碼的裝置包括光電耦合器1、40000 倍倍頻電路2、4000倍同步分頻電路3、相差提取電路4、高階IkHz帶通濾波器5、調幅切換 電路6和驅動電路7。直流B碼輸入信號IRIG-B(DC)經光電耦合器1實現信號隔離，產生 信號DCB (頻率為100Hz)，信號DCB分別輸入到40000倍倍頻電路2、相差提取電路4和調 幅切換電路6，用以實現信號倍頻、相差提取和調幅切換。信號DCB經40000倍倍頻電路2 生成信號P4MHz (頻率為4MHz)，再輸入到4000倍同步分頻電路3，生成信號PlkHz (頻率為 IkHz)。4000倍同步分頻電路3和相差提取電路4共同完成直流B碼轉換為交流B碼所產 生相移的補償，實現交流B碼與直流B碼同相。信號PlkHz經過高階IkHz帶通濾波器5產 生標準的正弦波信號AlkHz，再經過調幅切換電路6和驅動電路7最終轉換為交流B碼信號 IRIG-B(AC)。對于信號源直流B碼信號來說，有2種形式一種是TTL電平，另一種是 RS-422/485差分電平。如果是RS-422/485差分電平信號，需要用類似MAX488/MAX485芯 片做電平轉換，作為一個獨立轉換裝置光電耦合器1是必要的，用于信號電氣隔離；如果是 時鐘裝置的一部分，光電耦合器1可以省略。光電耦合器1輸出的信號DCB為TTL電平，與IRIG-B (DC)同相。40000倍倍頻電路原理框圖如圖3所示。鎖相環(huán)電路21的信號輸入端SI接信號DCB，鎖相環(huán)電路21的鑒相比較器的輸入端CI接信號PlOOHz。信號PlOOHz是由鎖相環(huán)電 路21中壓控振蕩器輸出端VCO的輸出信號P4MHz，經100倍倍頻器22、100倍倍頻器23和 4倍倍頻器24構成的40000倍倍頻器輸出而得。輸出信號P4MHz的頻率根據信號DCB和 PlOOHz的相差來調整，最終使得相差為0，即信號DBC和PlOOHz的上升沿同時刻，也與信號 P4MHz的上升沿重疊。信號PlOOHz與信號DCB隨時保持同頻(IOOHz)、同相，信號P4MHz的 頻率是信號DCB的40000倍，即4MHz占空比為50%的方波信號。4000倍同步分頻電路原理框圖如圖4所示，由10倍同步分頻計數器31、100倍同 步分頻計數器32和4倍同步分頻計數器33級聯(lián)完成4000倍分頻，因此信號PlkHz的頻率 為1kHz，占空比50%，與信號P4MHz同相，作為交流B碼的基準頻率信號。10倍同步分頻計 數器31的/ENC端為允許計數器計數控制端，當信號ENC為低電平“0”時，允許計數；當信 號ENC為高電平“1”時，停止計數。通過改變信號ENC高電平的寬度，控制10倍同步分頻 計數器31停止計數的時間長度，實現對后續(xù)波形的延時。高階IkHz帶通濾波器5是由電阻、電容和運算放大器組成的多個微分電路、積分 電路和比例放大電路級聯(lián)而成，對輸入信號PlkHz進行高階IkHz帶通濾波，輸出標準的正 弦波信號AlkHz,實現方波信號到正弦波信號的轉換，如圖7所示。由于濾波帶來的延時 τ 使得正弦波信號AlkHz與信號PlkHz產生了相移，需要相差提取電路4進行調整，調整 后的波形如圖8所示。相差提取電路的原理框圖如圖5所示，信號AlkHz通過比較器41生成同相位的方 波信號PAlkHz，再經過160倍同步分頻計數器42得到信號P2，信號DCB經16倍同步分頻 計數器43生成信號P1，160倍同步分頻計數器42和16倍同步分頻計數器43的CLR端是 受信號PAlkHz經320倍同步分頻計數器44輸出的信號CLR控制，如圖9所示。CLR為低 電平時允許160倍同步分頻計數器42和16倍同步分頻計數器43計數，為高電平時對160 倍同步分頻計數器42和16倍同步分頻計數器43計數清零。信號Pl和P2經過鑒相器45 得出異或信號PX，信號PX再經濾波整形電路46得到信號ENC。濾波整形電路46的作用是 將小于調整分辨率的PX脈沖濾除掉，避免頻繁調整造成正弦波抖動。DCB經16倍同步分頻計數器43生成信號Pl的目的是為了產生占空比為50%的 方波，PAlkHz經160倍同步分頻計數器42生成信號P2的目的是為了與信號Pl的頻率一 致，同時占空比也是50%的方波，PAlkHz經320倍同步分頻計數器44輸出信號CLR的目的 是為了使160倍同步分頻計數器42和16倍同步分頻計數器43同步計數、同步清零。相位 調整周期為320ms，允許計數的時間為半個周期，由于高階IkHz帶通濾波器5的信號傳遞延 時遠小于160ms，所以可以保證每一次相位調整時信號是穩(wěn)定的。如圖9所示，由于160倍同步分頻計數器42和320倍同步分頻計數器44是同一個 時鐘輸入信號PAlkHz，計數節(jié)拍一致，因此以信號P2的上升沿作為參考，信號Pl的上升沿 總是滯后τ 3，也就是信號P2的上升沿超前Pl的上升沿τ 3，信號ENC控制10倍同步分頻 計數器31的允許計數端/ENC，信號ENC是一個脈寬為τ 3的脈沖，即停止計數時間為τ 3， 相當于使信號Ρ2延遲了 τ 3，因此在下一個調整周期時信號Ρ2和Pl同相。也就是說，當Pl 和Ρ2不同相時，只要做一次調整就可以同相。
調幅切換電路原理框圖如圖6所示，信號AlkHz經電阻R2、R3和R4串聯(lián)接地，在 R2和R3連接處引出信號AAlkHz，可控模擬開關61受信號DCB控制。當信號DCB為高電平 時，模擬開關61斷開，R4接入串聯(lián)分壓回路；當信號DCB為低電平時，模擬開關61閉合，短 接R4退出串聯(lián)分壓回路。設信號AlkHz和AAlkHz的電壓為VA和VAA，則兩者的關系如下當信號DCB為高電平時=F441= R2m^R4 Va當信號DCB為低電平時=F44。= ηΚ\νΑ
K Z K J
Vaai 和 Vaaq 的關系滿足VAA1 = 3VM0K倍比例放大器62是為了保證輸出信號ACB (交流B碼)在高電平時的峰峰值為 20V，驅動電路7驅動信號變壓器，最終輸出交流B碼IRIG-B(AC)，K > 1且為整數。本發(fā)明所要求保護的技術方案包含但不僅限于上述實施例，對于倍頻倍數的選擇 可根據對相移調整精度的要求來決定，而分頻倍數只要為倍頻倍數的1/10即可保證輸入 100HZ的直流B碼而產生IKHz頻率的交流B碼，因此，本領域的技術人員容易根據上述描述 對本發(fā)明的技術方案稍作改動而達到同樣的技術效果，其皆屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
一種直流B碼轉換為交流B碼的裝置，其特征在于包括倍頻電路、同步分頻電路、相差提取電路、高階1KHz帶通濾波器、調幅切換電路及驅動電路，所述倍頻電路、同步分頻電路、高階1KHz帶通濾波器、調幅切換電路及驅動電路依次連接，所述相差提取電路連接高階1KHz帶通濾波器與同步分頻電路，所述同步分頻電路的倍數為倍頻電路倍數的十分之一。
2.如權利要求1所述的一種直流B碼轉換為交流B碼的裝置，其特征在于所述倍頻電 路由一個4倍倍頻器與兩個100倍倍頻器及一個鎖相環(huán)電路串接成閉環(huán)回路而成的40000 倍倍頻電路。
3.如權利要求1或2所述的一種直流B碼轉換為交流B碼的裝置，其特征在于所述 同步分頻電路由10倍同步分頻計數器、100倍同步分頻計數器與4倍同步分頻計數器級聯(lián) 而成的4000倍同步分頻電路。
4.如權利要求1或2所述的一種直流B碼轉換為交流B碼的裝置，其特征在于所述 相差提取電路包括比較器、160倍同步分頻計數器、320倍同步分頻計數器、16倍同步分頻 計數器、鑒相器及濾波整形電路，所述比較器的輸出端連接320倍同步分頻計數器和160倍 同步分頻計數器的時鐘信號輸入端；16倍同步分頻計數器與160倍同步分頻計數器的輸出 端連接鑒相器；320倍同步分頻計數器的輸出端連接16倍同步分頻計數器和160倍同步分 頻計數器的控制端，鑒相器的輸出端與濾波整形電路連接。
5.如權利要求1或2所述的一種直流B碼轉換為交流B碼的裝置，其特征在于所述 調幅切換電路包括電阻R2、電阻R3、電阻R4、模擬開關及K倍比例放大器，所述電阻R2、電 阻R3、電阻R4依次串聯(lián)接地；所述模擬開關與電阻R4并聯(lián)；電阻R2與電阻R3的節(jié)點連接 K倍比例放大器，K > 1且為整數。
6.一種直流B碼轉換為交流B碼的方法，其特征在于包括以下步驟a.對直流B碼信號做倍頻處理，產生倍頻信號；b.對倍頻信號做分頻處理，產生方波信號；c.將方波信號輸入高階帶通濾波器產生正弦波信號；d.將正弦波信號輸入相差提取電路與直流B碼信號做比相處理，提取相差控制分頻電 路調整相移；e.采用直流B碼信號的電平控制調整相移后的正弦波的幅值，生成交流B碼信號。
7.如權利要求6所述的一種直流B碼轉換為交流B碼的方法，其特征在于所述步驟a 中，對直流B碼信號做倍頻處理時，倍頻數取決于對后續(xù)步驟中相移調整的精度要求。
8.如權利要求6或7所述的一種直流B碼轉換為交流B碼的方法，其特征在于所述 步驟d中，相差提取電路按照一定的相差檢測節(jié)拍檢測正弦波信號和直流B碼信號的相位 差，濾除小于分辨率的相差脈沖，相位差檢測節(jié)拍周期大于帶通濾波器的延時。
9.如權利要求6或7所述的一種直流B碼轉換為交流B碼的方法，其特征在于所述 步驟e中，調幅比例為3 1或10 3。
全文摘要
本發(fā)明涉及轉碼技術，它公開了一種直流B碼轉換為交流B碼的方法，解決傳統(tǒng)技術中交流B碼產生裝置復雜、靈活性低的問題。其技術方案的要點是a.對直流B碼信號做倍頻處理，產生倍頻信號；b.對倍頻信號做分頻處理，產生方波信號；c.將方波信號輸入高階帶通濾波器產生正弦波信號；d.將正弦波信號輸入相差提取電路與直流B碼信號做比相處理，提取相差控制分頻電路調整相移；e.采用直流B碼信號的電平控制調整相移后的正弦波的幅值，生成交流B碼信號。此外，本發(fā)明還公開了將直流B碼轉換為交流B碼的裝置。本發(fā)明的有益效果是無需CPU和其他時序信號，裝置結構簡單，易于實現，靈活性強、完全滿足同步時鐘系統(tǒng)對交流B碼的精度要求。
文檔編號H03M7/00GK101847996SQ201010176089
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月18日 優(yōu)先權日2010年5月18日
發(fā)明者劉曉川, 許振山, 駱飛, 魏旺全 申請人:成都引眾數字設備有限公司