图3.6 占空比调整电路
3.1.3 编码电路
曼彻斯特码在时钟的前半周期和原码相同，后半周期和原码相反。因此要用一个数据选择器，在时钟信号为高电平时，选择原码作为曼彻斯特编码的信号，而时钟信号为低电平时，选择原码的反码作为曼彻斯特编码信号即可。如下图所示：
图3.7 编码电路
以上则构成了曼彻斯特编码电路模块。
3.2 解码电路
解码电路中，由于同步时钟信号已经有专门的模块电路恢复出来，因此直接利用，解码电路模块所需要做的只是在时钟信号为高电平（前半时钟周期）时，直接把此时曼彻斯特码电平值作为曼彻斯特码译码的信号，而时钟信号为低电平（后半时钟周期）时，保持前半时钟周期的曼彻斯特码电平值即可。因此解码电路中，理论上只需要一个D触发器即可以实现。解码电路比较简单。
3.3 同步信号提取电路
数字通信在近几十年来得到了迅速的发展，其原因是数字通信系统具有许多模拟通信系统不能达到或不容易达到的优越性。数字通信的这些优越性体现在诸多方面，以下是一些容易理解的数字通信的优点。
1. 抗干扰能力强;
2. 便于灵活进行各种处理，可以硬件实现，也可以计算机程序实现;
3. 易于实现集成化、小型化;
4. 易于加密;
5. 容易存储;
6. 各种业务可以结合起来，有利于实现宽带多媒体通信。
数字通信系统虽然优点众多，但是仍然有其固有的缺点，主要体现在同步和误码上面。这些方面的指标是通信系统性能的关键，但同时，这方面的理论和技术也是通信领域研究的重点和难点。数字通信系统中，有异步通信系统和同步通信系统。在同步通信系统中，数字信号序列是按节拍一步一步工作，因此收发两端的节拍一定要相同。否则将出现混乱。另外，发送的数字信号序列常常是编组的，收端必须知道这些编组的头尾，否则无法恢复原始信息。要保证收发两端的节拍一致，必须有同步系统的控制同步是数字通信系统以及某些采用相干解调的模拟通信系统中的一个重要问题。由于收发双方不在一地，要使它们能步调一致协调工作，必须要有同步系统来保证。在数字通信中，按照同步的功用分为:载波同步、位同步、群同步和网同步。
在数字通信中，任何消息都是一连串信号码元序列，所以接收时需要知道每个码元的起止时刻，才能在恰当的时刻进行取样判决。通常将在接收端产生与接收码元的重复频率和相位一致的定时脉冲序列的过程称为码元同步或位同步，而称这个定时脉冲序列为码元同步脉冲或位同步脉冲。必须获得了同步时钟信号才能实现解码。位同步是指在接收端的基带信号中提取码元定时的过程，是正确取样判决的基础，只有数字通信才需要，并且不论是基带传输还是频带传输都需要位同步;所提取的位同步信息是频率等于码速率的定时脉冲，相位则根据判决时信号波形决定，可能在码元中间，也可能在码元中止时刻或其他时刻。位同步又称同步传输，它是使接收端对每一位数据都要和发送端保持同步。如果基带信号为随机的二进制不归零脉冲序列，那么这种信号本身不包含位同步信号。为了获得位同步信号，就应在基带信号中插入位同步导频信号，或者对该基带信号进行某种变换。这两种方法称为插入导频法和直接法。还有一种方式，将基带信号通过线路编码的方式，使其包含定时信号。
在实现位同步时，具体实现可分为外同步法和自同步法两种。在外同步法中，接收端的同步信号事先由发送端送来，而不是自己产生也不是从信号中提取出来。即在发送数据之前，发送端先向接收端发出一串同步时钟脉冲，接收端按照这一时钟脉冲频率和时序锁定接收端的接收频率，以便在接收数据的过程中始终与发送端保持同步。
自同步法是指能从数据信号波形中提取同步信号的方法。自同步法也就是通
过编码(线路编码)令数据信号波形的功率谱中包含表达定时分量的线谱的方式
达到的。曼彻斯特码是一种典型使用自同步法保持位同步的线路码型。
同步信号提取电路是整个电路中最关键也是最复杂的部分，它的成功与否直接影响整个电路的正常工作，任何一点同步信号提取电路的误差都可能导致最终的解码输出误码。
同步时钟提取电路具体分为以下几个部分：
整形电路
微分电路
全波整流电路
窄带滤波电路
锁相环电路及二分频
结构图如下所示：
图3.8 同步时钟提取电路原理图
图3.9 同步时钟提取波形图
3.3.1 利用电压比较器整形曼码
接受端所接收到的曼彻斯特码在传输过程中不可避免的会受到外界的干扰从而产生信号波形的失真，接收到的波形将不再是规则的方波，因此在进行解码之前必须对接收的信号先进行整形，利用过零比较器可以实现这一要求。
电压比较器是集成运放非线性应用电路，它将一个模拟量电压信号和一个参考电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。
下图所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，加在运放的同相输入端，输入电压ui加在反相输入端。
(a)电路图 (b)传输特性
图 3.10 电压比较器
当ui＜UR时，运放输出高电平，稳压管Dz反向稳压工作。输出端电位被其箝位在稳压管的稳定电压UZ，即uO＝UZ
当ui＞UR时，运放输出低电平，DZ正向导通，输出电压等于稳压管的正向压降UD，即uo＝－UD
因此，以UR为界，当输入电压ui变化时，输出端反映出两种状态，高电位和低电位。表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线，称为传输特性。 图3.10为(a)图比较器的传输特性。
常用的电压比较器有过零比较器、具有滞回特性的过零比较器、双限比较器（又称窗口比较器）等。
过零比较器
电路如下图所示为加限幅电路的过零比较器，DZ为限幅稳压管。信号从运放的反相输入端输入，参考电压为零,从同相端输入。当Ui＞0时，输出UO＝-(UZ+UD)，当Ui＜0时，UO＝+(UZ+UD)。其电压传输特性如图3.11（b）所示。
过零比较器结构简单，灵敏度高，但抗干扰能力差。
(a) 过零比较器 (b) 电压传输特性
图3.11 过零比较器
3.3.2 利用微分电路检出曼码跳变沿
微分电路可把矩形波转换为尖脉冲波,此电路的输出波形只反映输入波形的突变部分,即只有输入波形发生突变的瞬间才有输出。而对恒定部分则没有输出。输出的尖脉冲波形的宽度与R*C有关（即电路的时间常数）,R*C越小,尖脉冲波形越尖,反之则宽。此电路的R*C必须远远少于输入波形的宽度,否则就失去了波形变换的作用,变为一般的RC耦合电路了,一般R*C少于或等于输入波形宽度的1/10就可以了。因此，利用微分电路可以检出曼彻斯特码跳变沿，从而方便下一步从中提取时钟信号。
图3.12给出了一个标准的微分电路形式。为表达方便，这里我们使输入为频率为50Hz的方波，经过微分电路后，输出为变化很陡峭的曲线。图3.13是用示波器显示的输入和输出的波形。
图3.12 微分电路波形图
图3.13 示波器波形
当第一个方波电压加在微分电路的两端（输入端）时，电容C上的电压开始因充电而增加。而流过电容C的电流则随着充电电压的上升而下降。电流经过微分电路（R、C）的规律可用下面的公式来表达（参考右图）：
• i-充电电流（A）；
• v-输入信号电压（V）；
• R-电路电阻值（欧姆）； 图3.14 微分电路
C-电路电容值（F）；
• e-自然对数常数（2.71828）；
• t-信号电压作用时间（秒）；
• CR-R、C常数（R*C）
由此我们可以看出输出部分即电阻上的电压为i*R，结合上面的计算，我们可以得出输出电压曲线计算公式为（其曲线见下图）：
图3.15输出电压曲线图
3.3.3 全波整流电路
在微分电路之后，由于检测出来的曼彻斯特码跳变沿具有上下两个方向，得到的尖锋脉冲也同样如此，不能直接滤波提取位同步信号，因此需要一个全波整流电路将微分电路输出的尖锋脉冲统一为一个极性，然后送入窄带滤波电路即可提取出位同步信号。全波整流电路有单相全波整流电路和桥式整流电路等几种类型，下面是对它们各自性能的分析。
全波整流电路
全波整流电路，可以看作是由两个半波整流电路组合成的。变压器次级线圈中间需要引出一个抽头，把次组线圈分成两个对称的绕组，从而引出大小相等但极性相反的两个电压e2a 、e2b ，构成e2a 、D1、Rfz与e2b 、D2 、Rfz ，两个通电回路。