简易数字信号传输分析仪1

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1、简易数字信号传输特性分析仪摘要本作品设计是基于MSP430F149微控制器的数字信号传输特性分析仪，按照题目要求用移位寄存器74HC164完成了的两路m序列信号的发生，用DDS芯片达到了时钟触发信号10～10kbps可调，10kbps步进可调的效果。在提取同步时钟信号时，使用程控滤波芯片MAX262进行窄带滤波。最终作品完成了低信噪比的眼图显示，经测试，大部分指标达到或超过题目发挥部分的要求。关键字：移位寄存器；m序列；同步时钟信号提取；眼图1方案选择与论证1.1低通滤波器方案方案一：采用无源低通滤波无源滤波是通过电感和电容的匹配对某次谐波并联低阻（调谐滤波）状态，给其电流构成

2、一个低阻态通路，从而谐波电流不会流入系统。无源滤波成本低，运行稳定，技术相对成熟，容量大。但其谐波滤除率一般只有80％，且元件误差大，滤波效果不好。方案二：采用有源低通滤波有源滤波是在检测到系统谐波的同时产生一组和系统幅值相等，相位相反的谐波向量，抵消掉系统谐波，使其成为正弦波形。有源滤波除了滤除谐波外，同时还可以动态补偿无功功率。其反映动作迅速，滤除谐波可达到95％以上。又由于集成运放的开环增益和输入阻抗都较高，输出电阻小，构成有源滤波后还有一定的放大和缓冲作用。综上所述：鉴于有源滤波的反应动作迅速、消除谐波能力强、对信号有缓冲作用，所以本设计采用有源低通滤波。1.2加法电路

3、方案方案一：同相加法电路同相加法电路不改变输入信号的相位，但增益为，会导致增益极限为1。实践中发现，由于取值很小，流过电流较大，导致集成运放芯片发热，稳定性降低，甚至烧坏芯片。方案二：反相加法电路和反相器结合的加法电路反相加法电路增益，可知反相加法电路最小极限增益为0。又其输出信号与输入信号相位角差180°，故需要在后级加反相器，调整相位。综上所述：虽然方案二较复杂，但其增益为1时电路稳定，故选择方案二。1.3同步信号提取电路方案方案一：锁相环法提取同步信号数字锁相器由高稳度振荡器，分频器，相位比较器及控制器组成。其-15-在接收端利用鉴相器比较接收码元和本地产生的位同步信号的

4、相位，若两者相位不一致，鉴相器就产生误差信号去调整位同步信号的相位，直到获得准确的位同步信号为止。方案二：滤波法提取同步信号滤波法提取信号包括微分，全波整流，窄带滤波。滤波法要求接收端滤波器性能精确且稳定，否则将出现位同步信号的相位抖动，但其电路简单，易于处理。综上所述：鉴于小组成员更加熟悉方案二的方法，且拥有成熟的滤波芯片模块，性能稳定，能满足题目要求，故最终选择滤波法作为同步信号提取方案。1理论分析与计算2.1m序列数字信号发生设计n级移位寄存器如图2-1所示。其中有若干级经加法器反馈到第1级。在任意时刻观察移位寄存器的状态，均为非全0的状态之一。用n级移位寄存器所产生的信

5、号序列呈周期性，周期最长是。要用n级移位寄存器来产生m序列，关键在于选择哪几级移位寄存器作为反馈。将移位寄存器用一个n阶的多项式表示，称其为特征多项式。其0次幂系数或常数为1，k次幂系数为1时代表第k级移位寄存器有反馈线；否则无反馈线（系数只能取0或1，x无实际意义）。所谓“本原多项式”，即必须满足以下条件：（1）为既约的，即不能被1或它本身以外的其他多项式除尽；（2）当时，能除尽；（3）当时，不能除尽。理论分析证明：当特征多项式是本原多项式时，与它对应的移位寄存器电路能产生m序列。题目要求的数字信号本原多项式为，则在设计电路的时候需要将Q2与Q3异或结果再与Q4异或然后再与Q

6、8异或再送入移位寄存器的输入。-15-图2-1m序列产生示意图移位寄存器产生的数字信号与其时钟信号同步，在数字信号发生的设计中，由于DDS相对带宽较宽、频率转换时间极短（可小于20ns）、频率分辨率高（典型值为0.001Hz），故采用AD9850作为其时钟信号源，即通过控制AD9850调节数字信号的数据率，从而满足题目数据率10～100kbps，误差绝对值不大于1%，10kbps步进可调的要求。在伪随机信号发生电路中，题目要求数据率为固定值10Mbps，故采用10M有源晶振产生的信号作为时钟信号，由于其输出信号幅值为TTL电平，为满足题目发挥部分幅值100mV～TTL电平可调要

7、求，后级设计为OPA354构成的可调信号衰减电路。2.1曼彻斯特编码设计曼彻斯特编码是用跳变沿（而非电平）来表示要传输的二进制信息，一般规定用下跳变表示“1”，用上跳变表示“0”。其与二进制编码对比波形图如图2-2所示。本设计采用数字信号与其时钟信号异或的形式将其转换为曼彻斯特编码。图2-2曼彻斯特与二进制编码波形对比图2.2低通滤波器设计在设计有源滤波器时，为得到平坦的带内幅频特性，选择巴特沃斯滤波器。根据题目要求，带外衰减不少于40dB/十倍频程，假设为截止频率，为十倍截止频率，阻带内最