FS信號可用作示波器的外同步信號，以便觀察2DPSK等信號。
FS信號、NRZ-OUT信號之間的相位關系如圖1-5所示，圖中NRZ-OUT的無定義位為0，幀同步碼為1110010，數據1為11110000，數據2為00001111。FS信號的低電平、高電平分別為4位和8位數字信號時間，其上升沿比NRZ-OUT碼第一位起始時間超前一個碼元。

圖1-5? FS、NRZ-OUT波形
??? 2. HDB3編譯碼
??? 原理框圖如圖1-6所示。本模塊內部使用+5V和-5V電壓，其中-5V電壓由-12V電源經三端穩壓器7905變換得到。 本單元有以下信號測試點：
??? ? NRZ????譯碼器輸出信號
??? ? BS-R????鎖相環輸出的位同步信號
??? ?（AMI）HDB3???編碼器輸出信號
??? ? BPF????帶通濾波器輸出信號
? DET???????? （AMI）HDB3整流輸出信號

圖1-6? HDB3編譯碼方框圖

本模塊上的開關K4用于選擇碼型，K4位于左邊（A端）選擇AMI碼，位于右邊（H端）選擇HDB3碼。
??? 圖1-6中各單元與電路板上元器件的對應關系如下：
??? ? HDB3編譯碼器?????U10：HDB3編譯碼集成電路CD22103A
??? ? 單/雙極性變換器????U11：模擬開關4052
??? ? 雙/單極性變換器????U12：非門74HC04
? 相加器???????U17：或門74LS32
??? ? 帶通???????U13、U14：運放UA741
??? ? 限幅放大器??????U15：運放LM318
? 鎖相環???????U16：集成鎖相環CD4046
信源部分的分頻器、三選一、倒相器、抽樣以及(AMI)HDB3編譯碼專用集成芯片CD22103等電路的功能可以用一片EPLD（EPM7064）芯片完成，說明見附錄四。
??? 下面簡單介紹AMI、HDB3碼編碼規律。
??? AMI碼的編碼規律是：信息代碼1變為帶有符號的1碼即+1或-1，1的符號交替反轉；信息代碼0的為0碼。AMI碼對應的波形是占空比為0.5的雙極性歸零碼，即脈沖寬度τ與碼元寬度（碼元周期、碼元間隔）TS的關系是τ=0.5TS。
HDB3碼的編碼規律是：4個連0信息碼用取代節000V或B00V代替，當兩個相鄰V碼中間有奇數個信息1碼時取代節為000V，有偶數個信息1碼（包括0個信息1碼）時取代節為B00V，其它的信息0碼仍為0碼；信息碼的1碼變為帶有符號的1碼即+1或-1；HDB3碼中1、B的符號符合交替反轉原則，而V的符號破壞這種符號交替反轉原則，但相鄰V碼的符號又是交替反轉的；HDB3碼是占空比為0.5的雙極性歸零碼。
??? 設信息碼為0000 0110 0001 0000 0，則NRZ碼、AMI碼，HDB3碼如圖1-8所示。
分析表明，AMI碼及HDB3碼的功率譜如圖1-9所示，它不含有離散譜fS成份（fS =1/TS，等于位同步信號頻率）。在通信的終端需將它們譯碼為NRZ碼才能送給數字終端機或數模轉換電路。在做譯碼時必須提供位同步信號。工程上，一般將AMI或HDB3碼數字信號進行整流處理，得到占空比為0.5的單極性歸零碼（RZ|τ=0.5TS）。這種信號的功率譜也在圖1-9中給出。由于整流后的AMI、HDB3碼中含有離散譜fS ，故可用一個窄帶濾波器得到頻率為fS的正弦波，整形處理后即可得到位同步信號。

圖1-9? AMI、HDB3、RZ|τ=0.5TS頻譜

??? 本單元用CD22103集成電路進行AMI或HDB3編譯碼。當它的第3腳（HDB3/ AMI）接+5V時為HDB3編譯碼器，接地時為AMI編譯碼器。編碼時，需輸入NRZ碼及位同步信號，它們來自數字信源單元，已在電路板上連好。CD22103編碼輸出兩路并行信號+H-OUT和-H-OUT，它們都是半占空比的正脈沖信號，分別與AMI或HDB3碼的正極性信號及負極性信號相對應。這兩路信號經單/雙極性變換后得到AMI碼或HDB3。
??? 雙/單極性變換及相加器構成一個整流器。整流后的DET信號含有位同步信號頻率離散譜。由于位同步頻率比較低，很難將有源帶通濾波器的帶寬做得很窄，它輸出的信號BPF是一個幅度和周期都不恒定的正弦信號。對此信號進行限幅放大處理后得到幅度恒定、周期變化的脈沖信號，但仍不能將此信號作為譯碼器的位同步信號，需作進一步處理。當鎖相環的自然諧振頻率足夠小時，對輸入的電壓信號可等效為窄帶帶通濾波器（關于鎖相環的基本原理將在實驗三中介紹）。本單元中采用電荷泵鎖相環構成一個Q值約為35的的窄帶帶通濾波器，它輸出一個符合譯碼器要求的位同步信號BS-R。
??? 譯碼時，需將AMI或HDB3碼變換成兩路單極性信號分別送到CD22103的第11、第13腳，此任務由雙/單變換電路來完成。
??? 當信息代碼連0個數太多時，從AMI碼中較難于提取穩定的位同步信號，而HDB3中連0個數最多為3，這對提取高質量的位同信號是有利的。這也是HDB3碼優于AMI碼之處。HDB3碼及經過隨機化處理的AMI碼常被用在PCM一、二、三次群的接口設備中。
在實用的HDB3編譯碼電路中，發端的單/雙極性變換器一般由變壓器完成；收端的雙/單極性變換電路一般由變壓器、自動門限控制和整流電路完成，本實驗目的是掌握HDB3編碼規則，及位同步提取方法，故對極性變換電路作了簡化處理，不一定符合實用要求。
??? CD22103的引腳及內部框圖如圖1-10所示，詳細說明如下：

圖1-10? CD22103的引腳及內部框圖
（1）NRZ-IN???編碼器NRZ信號輸入端；
（2）CTX????編碼時鐘（位同步信號）輸入端；
（3）HDB3/ AMI?碼型選擇端：接TTL高電平時，選擇HDB3碼；接TTL低電平時，選擇AMI碼；
（4）NRZ-OUT???HDB3譯碼后信碼輸出端；
（5）CRX????譯碼時鐘（位同步信號）輸入端；
（6）RAIS???告警指示信號（AIS）檢測電路復位端，負脈沖有效；
（7）AIS?AIS信號輸出端，有AIS信號為高電平，無ALS信號時為低電平；
（8）VSS????接地端；
（9）ERR????不符合HDB3/AMI編碼規則的誤碼脈沖輸出端；
（10）CKR???HDB3碼的匯總輸出端；
（11）+HDB3-IN??HDB3譯碼器正碼輸入端；
（12）LTF?HDB3譯碼內部環回控制端，接高電平時為環回，接低電平為正常；
（13）-HDB3-IN??HDB3譯碼器負碼輸入端；
（14）-HDB3-OUT??HDB3編碼器負碼輸出端；
（15）+HDB3-OUT??HDB3編碼器正碼輸出端；
（16）VDD????接電源端（+5V）
??? CD22103主要由發送編碼和接收譯碼兩部分組成，工作速率為50Kb/s~10Mb/s。兩部分功能簡述如下。
??? 發送部分：
??? 當HDB3/ AMI 端接高電平時，編碼電路在編碼時鐘CTX下降沿的作用下，將NRZ碼編成HDB3碼（+HDB3-OUT、-HDB3-OUT兩路輸出）；接低電平時，編成AMI碼。編碼輸出比輸入碼延遲4個時鐘周期。
??? 接收部分：
??? （1）在譯碼時鐘CRX的上升沿作用下，將HDB3碼（或AMI碼）譯成NRZ碼。譯碼輸出比輸入碼延遲4個時鐘周期。
??? （2）HDB3碼經邏輯組合后從CKR端輸出，供時鐘提取等外部電路使用；
??? （3）可在不斷業務的情況下進行誤碼監測，檢測出的誤碼脈沖從ERR端輸出，其脈寬等于收時鐘的一個周期，可用此進行誤碼計數。
??? （4）可檢測出所接收的AIS碼，檢測周期由外部RAIS決定。據CCITT規定，在RAIS信號的一個周期（500s）內，若接收信號中“0”碼個數少于3，則AIS端輸出高電平，使系統告警電路輸出相應的告警信號，若接收信號中“0”碼個數不少于3，AIS端輸出低電平，表示接收信號正常。
（5）具有環回功能

四、?實驗步驟

??? 本實驗使用數字信源單元和HDB3編譯碼單元。
1、?熟悉數字信源單元和HDB3編譯碼單元的工作原理。接好電源線，打開電源開關。
2、??用示波器觀察數字信源單元上的各種信號波形。
??? 用信源單元的FS作為示波器的外同步信號，示波器探頭的地端接在實驗板任何位置的GND點均可，進行下列觀察：
??? （1）示波器的兩個通道探頭分別接信源單元的NRZ-OUT和BS-OUT，對照發光二極管的發光狀態，判斷數字信源單元是否已正常工作（1碼對應的發光管亮，0碼對應的發光管熄）；
??? （2）用開關K1產生代碼×1110010（×為任意代碼，1110010為7位幀同步碼），K2、K3產生任意信息代碼，觀察本實驗給定的集中插入幀同步碼時分復用信號幀結構，和NRZ碼特點。
3、??用示波器觀察HDB3編譯單元的各種波形。
?仍用信源單元的FS信號作為示波器的外同步信號。
?（1）示波器的兩個探頭CH1和CH2分別接信源單元的NRZ-OUT和HDB3單元的（AMI）HDB3，將信源單元的K1、K2、K3每一位都置1，觀察全1碼對應的AMI碼和HDB3碼；再將K1、K2、K3置為全0，觀察全0碼對應的AMI碼和HDB3碼。觀察AMI碼時將HDB3單元的開關K4置于A端，觀察HDB3碼時將K4置于H端，觀察時應注意AMI、HDB3碼是占空比等于0.5的雙極性歸零碼。編碼輸出HDB3（AMI）比輸入NRZ-OUT延遲了4個碼元。
?（2）將K1、K2、K3置于0111 0010 0000 1100 0010 0000態，觀察并記錄對應的AMI碼和HDB3碼。
?（3）將K1、K2、K3置于任意狀態，K4先置A（AMI）端再置H（HDB3）端，CH1接信源單元的NRZ-OUT，CH2依次接HDB3單元的DET、BPF、BS-R和NRZ ，觀察這些信號波形。觀察時應注意：
???? ? HDB3單元的NRZ信號（譯碼輸出）滯后于信源模塊的NRZ-OUT信號（編碼輸入）8個碼元。
???? ? DET是占空比等于0.5的單極性歸零碼。
???? ? BPF信號是一個幅度和周期都不恒定的正弦信號，BS-R是一個周期基本恒定（等于一個碼元周期）的TTL電平信號。
?? 信源代碼連0個數越多，越難于從AMI碼中提取位同步信號（或者說要求帶通濾波的Q值越高，因而越難于實現），而HDB3碼則不存在這種問題。本實驗中若24位信源代碼中連零很多時，則難以從AMI碼中得到一個符合要求的位同步信號，因此不能完成正確的譯碼（由于分離參數的影響，各實驗系統的現象可能略有不同。一般將信源代碼置成只有1個“1”碼的狀態來觀察譯碼輸出）。若24位信源代碼全為“0”碼，則更不可能從AMI信號（亦是全0信號）得到正確的位同步信號。

五、?實驗報告要求

??? 1. 根據實驗觀察和紀錄回答：
（1）不歸零碼和歸零碼的特點是什么？
（2）與信源代碼中的“1”碼相對應的AMI碼及HDB3碼是否一定相同？為什么？
??? 2. 設代碼為全1，全0及0111 0010 0000 1100 0010 0000，給出AMI及HDB3碼的代碼和波形。
??? 3. 總結從HDB3碼中提取位同步信號的原理。
??? 4. 試根據占空比為0.5的單極性歸零碼的功率譜密度公式說明為什么信息代碼中的連0碼越長，越難于從AMI碼中提取位同步信號，而HDB3碼則不存在此問題。
5. 根據公式 ，? 計算環路自然諧振頻率ωn，阻尼系數ζ和等效噪聲帶寬BL 。式中IP=0.05A，Ko=8π×103 rad/s.v ，R36=10Ω，C17=100μF。再用Q= fo／BL計算鎖相環等效帶通濾波器的品質因數，式中fo=170.5KHZ。