【導(dǎo)讀】在同步傳輸?shù)倪^程中包含了時(shí)鐘，常見的簡單通信協(xié)議中傳輸時(shí)鐘都是通過一根時(shí)鐘線以及一根數(shù)據(jù)線。要想實(shí)現(xiàn)僅僅利用一根線就能進(jìn)行數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的傳輸，并且協(xié)議簡單，這可能嗎？具體要如何進(jìn)行編碼與解碼呢？最后還有應(yīng)用呢?
關(guān)于單線實(shí)現(xiàn)同步傳輸?shù)幕卮鹗强隙ǖ?，而且這種協(xié)議的數(shù)量還不少，曼切斯特編碼（Manchester Encoding）就是其中一種，曼切斯特編碼也叫做相位編碼（PE）和雙相碼（Biphase Code）。它的編碼規(guī)則是將每個(gè)二進(jìn)制碼元變換成相位不同的一個(gè)方波周期。例如，消息碼“0”對(duì)應(yīng)相位，“1”對(duì)應(yīng)相位0。也可以這樣理解，每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作為時(shí)鐘信號(hào)，又作為數(shù)據(jù)信號(hào)；從高到低跳變表示“0”，從低到高跳變表示“1”，如圖1所示，以Manchester IEEE802.3為準(zhǔn)。在傳輸碼元信息的同時(shí)，也將時(shí)鐘同步信號(hào)一起傳輸?shù)綄?duì)方，每位編碼中有一跳變，不存在直流分量（高電平和低電平電壓相反的情況），因此具有自同步能力和良好的抗干擾性能。小小的不足就是每一個(gè)碼元都被調(diào)制成兩個(gè)電平，所以數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾手挥姓{(diào)制速率的1/2。
圖1 曼切斯特編碼傳輸協(xié)議
1.編碼
如圖1所示，曼切斯特編碼一種簡單的實(shí)現(xiàn)就是數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的異或，這種實(shí)現(xiàn)的前提是數(shù)據(jù)是依據(jù)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行輸出，即當(dāng)前的數(shù)據(jù)和時(shí)鐘是同步的，這種方式實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的邊沿處可能會(huì)出現(xiàn)毛刺信號(hào)。如果數(shù)據(jù)和時(shí)鐘異步的，那毛刺信號(hào)就很多了，就不能簡單采用異或的方式實(shí)現(xiàn)。因此為了得到質(zhì)量較好的曼切斯特編碼不能簡單的采用異或方式實(shí)現(xiàn)，另一種實(shí)現(xiàn)方式就是采用兩倍的是時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)制，即得到時(shí)鐘雙邊沿，雙邊沿采用數(shù)據(jù)，依據(jù)數(shù)據(jù)的電平?jīng)Q定輸出的信號(hào)，較好的實(shí)現(xiàn)方式就是采用狀態(tài)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由于實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜因此也就不詳細(xì)講解了。
2.解碼
如圖1所示，曼切斯特解碼一種簡單的實(shí)現(xiàn)就是曼切斯特信號(hào)和時(shí)鐘的異或，這種實(shí)現(xiàn)是不穩(wěn)定的，因?yàn)榻獯a端的時(shí)鐘和編碼端時(shí)鐘是很難保證一樣，都有各自的時(shí)鐘抖動(dòng)和偏差。因此保證正確的解碼，一種好的實(shí)現(xiàn)方式是采用高頻時(shí)鐘信號(hào)去采用曼切斯特信號(hào)，得到曼切斯特信號(hào)的脈寬和邊沿類型，脈寬可以得到時(shí)鐘頻率，脈寬和邊沿一起可以解碼出具體數(shù)據(jù)，由于實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜因此也就不詳細(xì)講解了。
3.應(yīng)用
由于曼切斯特編碼具有自同步能力和良好的抗干擾性能，因此在智能變電站中，互感器采樣得到數(shù)據(jù)傳輸通信就采用了曼切斯特編碼作為傳輸協(xié)議，并定義了數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約，簡稱為FT3。FT3是IEC60044-8電子式電流互感器標(biāo)準(zhǔn)里規(guī)定使用的幀格式，所以描述FT3實(shí)際上要從IEC60044-8的標(biāo)準(zhǔn)說起。FT3的數(shù)據(jù)傳輸采用串行傳輸，可采用異步方式傳輸，也可采用同步方式傳輸。
FT3同步傳輸介質(zhì)宜采用光纖傳輸系統(tǒng)，邏輯“1”定義為“光纖亮”，邏輯“0”定義為“光纖滅”。傳輸比特速率為2.5Mbit/s或其整數(shù)倍。采樣率為4KHz和12.8KHz。光波長范圍為820nm～860nm（850nm），光纜類型為62.5/125μm多模光纖，光纖接頭宜采用ST或FC接頭。
數(shù)字編碼采用曼徹斯特編碼，首先傳輸MSB（最高有效位）。曼徹斯特編碼：從高位轉(zhuǎn)移到低位（下降沿）為二進(jìn)制1，從低位轉(zhuǎn)移到高位（上升沿）為二進(jìn)制0，即圖 1的Manchester G.E.Thomas。
FT3幀結(jié)構(gòu)如表1所示。
(1) 每幀固定長度，每個(gè)字節(jié)8位。
(2) 每幀由起始符開始，起始符由兩個(gè)字節(jié)組成，固定為0x0564。
(3) 報(bào)文類型：表示不同的幀類型和數(shù)據(jù)長度、信息排序。
(4) 用戶數(shù)據(jù)，不同幀類型代表的意義不同。
(5) 用戶數(shù)據(jù)之后跟隨一個(gè)16位的CRC校驗(yàn)序列，由下列多項(xiàng)式生成校驗(yàn)，序列碼為X16＋X13＋X12＋X11＋X10＋X8＋X6＋X5＋X2＋1，生成的16比特校驗(yàn)序列再取反成為所要求的校驗(yàn)序列。
表1 幀結(jié)構(gòu)表
數(shù)字變電站光分析儀DT6000系統(tǒng)都支持FT3的編碼和解碼，F(xiàn)T3的解碼為自適應(yīng)波特率，不需要用戶配置波特率。并且解碼自動(dòng)識(shí)別報(bào)文類型，目前支持報(bào)文類型有，F(xiàn)T3標(biāo)準(zhǔn)幀、FT3擴(kuò)展幀和四種互感器協(xié)議，自適應(yīng)解碼如圖2所示。
圖2 FT同步自適應(yīng)解碼
曼切斯特編碼具有自同步能力和良好的抗干擾性能，單線串行傳輸數(shù)據(jù)和時(shí)鐘，因此在智能變電站中，F(xiàn)T3協(xié)議就采用了曼切斯特編碼作為傳輸協(xié)議，智能變電站光分析儀DT6000系列支持FT3的編碼與解碼，并且解碼為自適應(yīng)波特率，自識(shí)別FT3幀格式。
