【導讀】在同步傳輸?shù)倪^程中包含了時鐘，常見的簡單通信協(xié)議中傳輸時鐘都是通過一根時鐘線以及一根數(shù)據(jù)線。要想實現(xiàn)僅僅利用一根線就能進行數(shù)據(jù)和時鐘的傳輸，并且協(xié)議簡單，這可能嗎？具體要如何進行編碼與解碼呢？最后還有應用呢?
關于單線實現(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)則是將每個二進制碼元變換成相位不同的一個方波周期。例如，消息碼“0”對應相位，“1”對應相位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鐘信號，又作為數(shù)據(jù)信號；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。在傳輸碼元信息的同時，也將時鐘同步信號一起傳輸?shù)綄Ψ?，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碼元都被調制成兩個電平，所以數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾手挥姓{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現(xiàn)就是數(shù)據(jù)和時鐘的異或，這種實現(xiàn)的前提是數(shù)據(jù)是依據(jù)時鐘信號進行輸出，即當前的數(shù)據(jù)和時鐘是同步的，這種方式實現(xiàn)在數(shù)據(jù)和時鐘的邊沿處可能會出現(xiàn)毛刺信號。如果數(shù)據(jù)和時鐘異步的，那毛刺信號就很多了，就不能簡單采用異或的方式實現(xiàn)。因此為了得到質量較好的曼切斯特編碼不能簡單的采用異或方式實現(xiàn)，另一種實現(xiàn)方式就是采用兩倍的是時鐘進行調制，即得到時鐘雙邊沿，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，較好的實現(xiàn)方式就是采用狀態(tài)機進行轉換，由于實現(xiàn)比較復雜因此也就不詳細講解了。
2.解碼
如圖1所示，曼切斯特解碼一種簡單的實現(xiàn)就是曼切斯特信號和時鐘的異或，這種實現(xiàn)是不穩(wěn)定的，因為解碼端的時鐘和編碼端時鐘是很難保證一樣，都有各自的時鐘抖動和偏差。因此保證正確的解碼，一種好的實現(xiàn)方式是采用高頻時鐘信號去采用曼切斯特信號，得到曼切斯特信號的脈寬和邊沿類型，脈寬可以得到時鐘頻率，脈寬和邊沿一起可以解碼出具體數(shù)據(jù)，由于實現(xiàn)比較復雜因此也就不詳細講解了。
3.應用
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準里規(guī)定使用的幀格式，所以描述FT3實際上要從IEC60044-8的標準說起。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：從高位轉移到低位（下降沿）為二進制1，從低位轉移到高位（上升沿）為二進制0，即圖 1的Manchester G.E.Thomas。
FT3幀結構如表1所示。
(1) 每幀固定長度，每個字節(jié)8位。
(2) 每幀由起始符開始，起始符由兩個字節(jié)組成，固定為0x0564。
(3) 報文類型：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16位的CRC校驗序列，由下列多項式生成校驗，序列碼為X16＋X13＋X12＋X11＋X10＋X8＋X6＋X5＋X2＋1，生成的16比特校驗序列再取反成為所要求的校驗序列。
表1 幀結構表
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的解碼為自適應波特率，不需要用戶配置波特率。并且解碼自動識別報文類型，目前支持報文類型有，F(xiàn)T3標準幀、FT3擴展幀和四種互感器協(xié)議，自適應解碼如圖2所示。
圖2 FT同步自適應解碼
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，并且解碼為自適應波特率，自識別FT3幀格式。
