基于FPGA的IRIG-B编码器的设计

2.2 GPS授时模块M12T

M12接收器是Motorola公司优秀ONCORE家族中的新成员，广泛用于各类定位、导航、授时设备中，拥有全GPS行业内最快的初次定位时间和重捕获卫星的时间。M12T是针对GPS授时推出的定时精度更高的增强型产品。M12T具有12个并行通道，可同时跟踪12颗卫星，重捕获时间小于1.0 s。当拥有当前天历、位置、时间和星历数据时，首次定位时间TTFF15 s。在位置保持状态时，定时精度(1 pps或100 pps)小于12 ns。

2.3FPGA和DAC

FPGA采用Altera CycloneⅡEPC2C5T144，该芯片有4 608个LE，26个M4K，两个模拟锁相环。DAC采用单通道、单电源、自带基准的MAX5712。MAX5712是微型引脚，12 b解析度，片上精密输出放大器提供满摆幅输出。MAX5712用兼容SPITM／QSPITM／MICROWIRETM和DSP标准接口的3线串行接口。所有输入都兼容于CMOS逻辑，并经过施密特触发器缓冲，允许直接接光电耦合器。MAX5712含有上电复位(POR)电路，确保上电时DAC处于零电压输出状态。

3 时钟模块实现

3.1 基准时刻和索引脉冲的提取

要保证B码每个码元的上升沿时刻准确，需要100 pps的精确时基和pps的参考点。一般的做法是用pps作为基准，每个码元的起点由前两个秒脉冲的间隔等分得到。这种方法使用上一时刻来预测下一秒，每秒脉冲有抖动时会导致最后一个码元宽度不足或超过10 ms，这将无法利用B码来实现时间同步和数据等间隔同步的采集。本文直接使用M12T产生的100 pps信号作为每个码元的起始时刻，然后再从100 pps信号中恢复出1 pps。由于B码参考标记Pr=1 pps的上升沿，所以这种方法既保证Pr的准确性，又保证各个码元和索引标记时刻的准确性。在有等间隔同步数据采样要求的场合，可使用每个B码码元的上升沿校准本地时基，确保采样同步和时间同步。

M12T输出的100 pps信号(以下称PPM12)如图3所示，每个脉冲的上升沿时刻准确，周期10 ms，在pps的参考点，脉冲宽度为6～8 ms，其他时刻2～4 ms，脉冲宽度不是关注的重点。

B码的每个码元恰好与上述100 pps信号对应。首先在FPGA中构建一个模100的码元计数器MMH和一个高电平脉冲宽度检测器，通过下面的方法和步骤可以恢复pps。

(1)在PPM12信号的上升沿复位宽度检测器，高电平计时，在下降沿停止并输出Tb；

(2)在PPM12下降沿检查Tb，当6 msb8 ms时，令MMH=1，否则执行下面的操作：

if MMH=99 then MMH=0

else MMH=MMH+1

(3)在PPM12信号的上升沿检查MMH，如果MMH=0，则当前脉冲的上升沿是参考点Pr，触发输出8 ms高电平脉冲作为pps信号，重复步骤(1)～(3)，在PPM12信号上升沿检查MMH；如果MMH的个位为9或者MMH=0，则当前脉冲标记为索引脉冲，即输出8 ms高电平。

3.2 绝对时间获取

通过在FPGA上构建一个UART与M12T互连。为了简化FPGA对M12T的配置和输出时间的获取，将UART分成两部分设计，即发送模块txmit和接收模块rcvr。发送模块用一个M4K设计一个512×8 FIFO，在系统复位后的若干个时钟，利用一个状态机将M12T的配置数据写入FIFO；然后通过txmit模块配置M12T，配置结束后，UART模块将M12T的时间码转发到外部RS 232接口，同时可以转发外部接口的配置数据到M12T。接收模块采用寄存器模式，只接收M12T发来的绝对时间信息，这样后面的编码模块可以直接使用这些时间信息。做法如下：设计一个接收计数器rx_count，每接收一个字节计数器自加，并根据rx_count决定是否保存时间码。由于M12T每秒中发送一帧，故在检测到pps时复位该计数器。