[发明专利]一种动态双阈值的BMC解码装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于通讯解码装置领域，涉及一种动态双阈值的BMC解码装置及方法。

背景技术

随着电子技术的发展，通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)提供电能的应用已经上升到了与数据传输同等重要的地位，其接口的供电能力也从1.0版本的5V@500mA提升到了2.0版本的5V@1.5A，可满足许多电子产品的供电需求。最新发布的USB PD(Power Delivery)功率传输协议，是基于USB 3.1版本，即USB type-C端口提出的功率传输新概念，将USB接口的供电能力提升到了一个新的高度。得益于Type-C接口的大功率特性，USB PD可实现提供高达100W的电能，可为笔记本电脑、大屏幕监视器、平板电视机等更大的用电设备提供电能。

在USB Type-C接口中，USB PD通信使用一条CC(CC1或CC2线)通道，由USB PD供电规范定义。它采用半双工通信机制，使用双相标记编码(Bi-phase Mark Coding，BMC)传输经过4B/5B编码的二进制数据。此方法已经作为标准发布，简单灵活，可简化接收器的设计，目前正逐步得到了广泛的应用。

图1是BMC的编码定义和一段接收端恢复出的BMC波形示例。在BMC编码中，Bit-1定义为在每个UI(Unit Interval)的起始，有一次电平切换，且在每个UI的中间位置，有第二次电平切换，高电平和低电平宽度形成50％的占空比。Bit-0定义为仅在每个UI起始，有一次电平切换；

双相标记编码(Bi-phase Mark Coding,BMC)可被认为是一种曼彻斯特(Manchester)编码。曼彻斯特编码是将时钟和数据包含在数据流中，在传输代码信息的同时，也将时钟同步信号一起传输到对方，每位编码中至少有一次跳变，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的抗干扰性能。接收方利用包含有同步信号的特殊编码从信号自身提取同步信息来锁定自己的时钟脉冲频率，达到同步目的。但每一个码元被调制成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率的1/2。

在实际应用中由于传输介质良莠不齐，信道长短不一，BMC波形往往受外界干扰严重，且接收电路可能存在较大的直流偏置及码间干扰等问题，这些会对接收到的BMC波形占空比造成较大影响，引起波形的失真严重。在这里主要归纳为以下几个因素：

1、接收电路从模拟量到数字量转换时存在较大本地直流偏置。BMC编码本身不存在直流分量，但接收电路存在的直流偏置若叠加到产生的BMC数字波形上，可能这些直流偏置往往比前端接收电路的噪声还要大，一方面使得信噪比变差，另一方面使得接收到的BMC信号转换成数字量后波形的占空比失真严重。

2、电平转换速率不一致，即信号从低电平到高电平切换，与从高电平到低电平切换的速率不一致或不相匹配，这也会间接导致BMC波形占空比失真。现代运算放大器有某些方式的推挽式输出级，许多是不对称的，并且某一方向的转换速率比其他方向有更大的倾向；

3、接收时钟抖动，信道加性噪声，码间干扰等非理想因素也会造成BMC波形占空比失真。

在本实施例中，当接收电路在模拟量到数字量转换时，电平转换速率不一致且模拟电平比较器存在较大的正向直流偏差，导致了接收并转换后的BMC数字波形严重畸变，如图1所示波形明显存在两个问题：

1、Bit-1的占空比畸变明显，A部分宽度明显小于B；

2、Bit-1的低电平段B和随后Bit-0的高电平段C宽度接近。

在诸多工程实践中，为了解决信道噪声或干扰问题，通常采用FIR滤波器进行有用信号外的无用信号过滤，这些方法大多预先定义一个固定阈值，根据输入的某一特征分布与正常占空比情况下的偏差是否超过阈值来判定接收信息。在固定阈值算法中，阈值是预先设定的常数，一旦算法开始执行就不再改变。这种方法的主要问题在于，接收信号及噪声的大小都是未知的，如果消息包较长且波形出现了严重占空比失真，或受噪声干扰严重，则解码的错误率将大大增加，不能很好的适应动态变化的接收环境。

另外一种是采用单阈值的动态算法，判定阈值是根据正常历史宽度动态调整的，这种办法解决了固定阈值不能适应动态变化接收环境的问题。但若BMC波形存在占空比失真，其高电平段的宽度与低电平段的宽度往往会存在较大差异，若将这些数据都作为正常的历史有效值参与到单阈值的动态调整中，则会导致阈值出现较大幅度波动或剧烈振荡，在这种情况下算法反而会恶化判决系统。