基于FPGA的IRIG-B编码器的设计

利用FPGA和M12T授时型GPS内核构成的IRIG-B编码模块采用M12T的100 pps信号触发IRIG-B编码器，使得编码输出的每个码元上升沿均与GPS模块严格一致，每个码元间隔严格相等，而且每个码元的上升沿均可作为同步参考点。利用FPGA的并发处理能力，使得系统实时性好。本文介绍的基于查找表的B码编码方法和通过查找表的数字调制方法具有占用资源小，设计简单，调制输出高次谐波小，信号边沿稳定等特点。 《基于FPGA的IRIG-B编码器的设计》 在现代科技领域，时间同步技术扮演着至关重要的角色，尤其是在测量、工业控制、电力系统、通信、气象等应用中。IRIG-B编码是一种广泛应用的国际时间同步标准，其编码格式严谨，能够提供精确的时间信息。本文主要探讨的是如何利用Field Programmable Gate Array（FPGA）和M12T授时型GPS内核设计一个高效的IRIG-B编码器。 IRIG-B编码的核心在于每个码元的精确同步和稳定。在这个设计中，编码器由FPGA和M12T授时型GPS内核构成，利用M12T的100 pps（每秒100脉冲）信号触发编码过程。这样，每个码元的上升沿都能与GPS模块严格同步，码元间隔保持恒定，每个上升沿都可作为精确的同步参考点。FPGA的并行处理能力保证了系统的实时性能，使得时间信息的处理和传输更加高效。 FPGA的查找表技术在这项设计中起到了关键作用。基于查找表的B码编码方法不仅占用资源少，设计简单，而且能有效地减少数字调制输出的高次谐波，确保信号边沿的稳定性。通过这种方式，能够精确地实现直流编码和交流调制，生成符合IRIG-B标准的交流码。 系统方案包括一个精准的时基，即M12T授时模块。M12T接收器是摩托罗拉ONCORE系列的一员，具有快速的初次定位和重捕获卫星时间，特别适合需要高定时精度的应用。它能同时跟踪12颗卫星，提供1 pps或100 pps的定时精度，确保了编码器的时间参考点的准确性。 FPGA的选择采用了Altera公司的产品，它在时钟模块的实现中发挥关键作用。通过精确提取M12T的100 pps信号作为码元的起始时刻，并从中恢复1 pps信号作为参考点，确保了每个码元和索引标记的精确时刻。这种方法避免了传统方法中秒脉冲抖动可能导致的码元宽度不准确问题，增强了时间同步和数据采样的同步性。 此外，设计还包括一个数字模拟转换器（DAC），用于将编码后的数字信号转化为模拟信号输出，以便于物理链路的传输。同时，系统还提供了RS-232串行口输出和时间码显示功能，方便用户读取和使用时间信息。 总结来说，本文提出的基于FPGA的IRIG-B编码器设计巧妙地结合了GPS授时技术和FPGA的并行处理能力，实现了高效、精确的时间编码。这种设计不仅适用于各种需要时间同步的系统，还为未来的时间同步技术发展提供了新的思路和参考。