CN101651654B - 有源应答器的能量提取与数据时钟恢复设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有源应答器的能量提取与数据时钟恢复设备，要解决的问题是提高有源应答器的抗干扰能力。本发明的分离电路分离出能量信号和数据信号，传递给能量提取部分和数据时钟恢复部分；能量提取部分由电压变换隔离部分、滤波部分、整流部分和线性稳压部分顺序连接组成；数据时钟恢复部分由滤波部分、双单变换部分、移相部分、频率振荡部分、锁相环部分顺序连接组成。本发明与现有技术相比，分离电路分离出信号，传递给能量提取部分和数据时钟恢复部分，整流、稳压，提供给有源应答器电压信号，利用移相、频率振荡和倍频恢复为输入数据信号的两倍，其上升沿处在输入数据信号的中间位置，确保采样的准确性，提高有源应答器的抗干扰能力。

Description

有源应答器的能量提取与数据时钟恢复设备
技术领域
本发明涉及一种列车运行控制设备，特别是一种列车运行控制设备的地面设备。
背景技术
有源应答器作为中国列车运行控制***(CTCS-Chinese Train ControlSystem)地面设备中的组成部分，通过空中接口将列车进路信息等地面信息实时传送给车载设备。有源应答器与地面轨旁电子单元(LEU-Lineside ElectronicUnit)通过一对应答器专用屏蔽双绞线电缆连接，该电缆中传送的信号既有8.82kHz的交流能量信号，也有经过差分双相变换后的564.48kHz的数据信号。所以在有源应答器中需要将接收到的信号中的能量与数据信号进分离，并通过分离出的数据信号完成时钟恢复和解码。在干扰比较强的电气化铁路中，能量提取和数据时钟恢复在有源应答器的中起到至关重要的作用。现有技术有源应答器存在抗干扰能力不足，传输距离不能满足最长3.5公里的要求；电缆开路、短路检测不能满足现场应用的要求等。
发明内容
本发明的目的是提供一种有源应答器的能量提取与数据时钟恢复设备，要解决的问题是提高有源应答器的抗干扰能力。
本发明采用以下技术方案：一种有源应答器的能量提取与数据时钟恢复设备，所述有源应答器的能量提取与数据时钟恢复设备设有分离电路，分离电路从双芯电缆中分离出能量信号和数据信号，分别传递给能量提取部分和数据时钟恢复部分；所述能量提取部分由电压变换隔离部分、滤波部分、整流部分和线性稳压部分顺序连接组成；所述数据时钟恢复部分由滤波部分、双单变换部分、移相部分、频率振荡部分、锁相环部分顺序连接组成。
本发明的频率振荡部分、锁相环部分分别连接可编程逻辑器件。
本发明的分离电路采用变压器。
本发明能量提取部分的滤波部分由串联的第504电感、第519电容、第518电容与第535电阻并联，串联的第505电感、第520电容、第521电容与第536电阻并联，组成两组低通滤波器。
本发明能量提取部分的整流部分由第501双二极管和第502双二极管构成单相全波整流电路。
本发明能量提取部分的线性稳压部分采用低功耗的低压差线性调节器。
本发明数据时钟恢复部分的滤波部分由并联的第501电感、第507电阻、第503电容和第502电感、第508电阻、第504电容组成两组带通滤波器。
本发明数据时钟恢复部分的双单变换部分和移相部分由485收发器与输两个反相器顺序连接组成。
本发明的数据时钟恢复部分的频率振荡部分采用单稳多谐振荡器。
本发明变压器采用RM型变压器，低功耗的低压差线性调节器采用LP2501，反相器采用74HC14，可编程逻辑器件采用LC4064，单稳多谐振荡器采用74HC4538，锁相环采用74HC4046。
本发明与现有技术相比，采用分离电路从叠加有能量与数据的信号中分离出信号，分别传递给能量提取部分和数据时钟恢复部分，对其进行整流、稳压，提供给有源应答器元器件需要的电压信号，利用移相、频率振荡和倍频恢复的数据时钟频率为输入数据信号的两倍，其上升沿处在输入数据信号的中间位置，确保采样的准确性，有效克服因信号传输过程中的干扰而引起的信号变形，提高有源应答器的抗干扰能力，从而提高了CTCS的安全性。
附图说明
图1是本发明实施例的能量提取部分电原理图。
图2是本发明实施例的数据时钟恢复滤波部分电原理图。
图3是本发明实施例的数据时钟恢复双/单变换部分和移相部分电原理图。
图4是本发明实施例的数据时钟恢复频率振荡和锁相环部分电原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。本发明的有源应答器的能量提取与数据时钟恢复设备设有分离电路，分离电路从双芯电缆中分离出能量信号和数据信号，分别传递给能量提取部分和数据时钟恢复部分。分离电路利用变压器来实现电压变换和隔离。
能量提取部分由电压变换隔离部分、滤波部分、整流部分和线性稳压部分顺序连接组成。从双芯电缆中接收到的电压信号经电压变换、滤波、整流和稳压处理分离出能量信号，送给线性稳压稳压后向后级电路提供电压。
数据时钟恢复部分由滤波部分、双单变换部分、移相部分、频率振荡部分、锁相环部分顺序连接组成。用于对接收到的串行数据信号进行处理并将其恢复为时钟信号。从分离电路接收到的串行数据信号经滤波后，串行数据信号经双单变换为移相信号通过RS485收发器来实现，移相部分利用门电路器件的延时特性来实现，频率振荡部分采用单稳多谐振荡器。采用可编程逻辑器件来辅助完成各模块的信号处理。
如图1所示，带有能量和数据的一对差分信号经RM型变压器T501进行隔离和电压变换后，由串联的第504电感L504、第519电容C519、第518电容C518与第535电阻R535并联，串联的第505电感L505、第520电容C520、第521电容C521与第536电阻R536并联，组成两组低通滤波器对变压器T501次级两端输出的两路信号进行低通滤波。第501双二极管V501和第502双二极管V502构成整流部分电路，进行单相全波整流后，变压器T501次级输入的差分信号转变为直流信号。线性稳压部分采用低功耗的低压差线性调节器U501LP2501，该调节器输出后级电路所需的3.3V电压。
如图2所示，带有能量和数据的一对差分信号经变压器T501进行隔离和电压变换次级输出后，由并联的第501电感L501、第507电阻R507、第503电容C503和第502电感L502、第508电阻R508、第504电容C504组成两组带通滤波器对变压器T501次级两端输出的另两路信号进行滤波。
如图3所示，双单变换部分采用差分信号收发器对滤波后的数据信号转换为脉冲信号，对脉冲信号进行移相、比较处理后实现移相的功能。滤波后的差分信号通过485收发器U507输出单路脉冲信号DATA1，DATA1信号经两个反相器U502C、U502B 74HC14后输出DATA2信号，利用反相器的延迟特性实现对DATA1移相。
如图4所示，经比较后的信号输入到频率振荡部分，频率振荡部分采用单稳多谐振荡器，并限制其输出频率小于输入数据信号频率两倍以内，锁相环部分实现倍频，输出恢复后的时钟。频率振荡部分和锁相环部分由单稳多谐振荡器、锁相环和可编程逻辑器件三部分构成。可编程逻辑器件U506起到辅助信号处理功能：有相位差的两路脉冲信号DATA 1和DATA2输入至可编程逻辑器件U506LC4064中，U506将两路信号进行异或，DATA1信号的边沿处会产生脉冲信号A1A0IN，其频率为DATA1信号频率的两倍；A1A0IN输入到单稳多谐振荡器U50374HC4538，U503在A1A0IN的下降沿输出一定宽度的脉冲信号A1QOUT，通过调节C544可实现将其输出的A1QOUT信号频率限制在DATA1数据频率的两倍以内，并通过此频率限制来实现与输入数据信号同步。A1QOUT作为锁相环U50474HC4046的输入，U504的COMPOUT输入信号是通过可编程逻辑器件U506对锁相环输出信号CLK5进行二分频来实现，U504通过比较A1QOUT与COMPOUT信号的相位差进行跟踪锁定，输出CLK5信号频率为A1QOUT信号频率的两倍，且占空比为50％。CLK5的上升沿处在输入数据信号DATA1的中间位置，可保证采样的可靠有效性。可编程逻辑器件U506以CLK5作为时钟信号对DATA1进行数据采样并完成解码功能。

Claims (1)

1.一种有源应答器的能量提取与数据时钟恢复设备，其特征在于：所述有源应答器的能量提取与数据时钟恢复设备设有分离电路，分离电路从双芯电缆中分离出能量信号和数据信号，分别传递给能量提取部分和数据时钟恢复部分；所述能量提取部分由电压变换隔离部分、滤波部分、整流部分和线性稳压部分顺序连接组成；所述数据时钟恢复部分由滤波部分、双单变换部分、移相部分、频率振荡部分、锁相环部分顺序连接组成；
所述频率振荡部分、锁相环部分分别连接可编程逻辑器件；
所述分离电路采用变压器；
所述能量提取部分的滤波部分由串联的第504电感(L504)、第519电容(C519)、第518电容(C518)与第535电阻(R535)并联，串联的第505电感(L505)、第520电容(C520)、第521电容(C521)与第536电阻(R536)并联，组成两组低通滤波器；
所述能量提取部分的整流部分由第501双二极管(V501)和第502双二极管(V502)构成单相全波整流电路；
所述能量提取部分的线性稳压部分采用低功耗的低压差线性调节器(U501)；
所述数据时钟恢复部分的滤波部分由并联的第501电感(L501)、第507电阻(R507)、第503电容(C503)和第502电感(L502)、第508电阻(R508)、第504电容(C504)组成两组带通滤波器；
所述数据时钟恢复部分的双单变换部分和移相部分由485收发器(U507)与输两个反相器(U502C、U502B)顺序连接组成；
所述数据时钟恢复部分的频率振荡部分采用单稳多谐振荡器(U503)；
所述变压器采用RM型变压器，低功耗的低压差线性调节器(U501)采用LP2501，反相器(U502C、U502B)采用74HC14，可编程逻辑器件采用LC4064，单稳多谐振荡器(U503)采用74HC4538，锁相环采用74HC4046。
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