差分曼彻斯特编码是一种数字数据的编码方式,主要用于数据通信中确保时钟同步和数据传输的稳定性。这种编码方式的主要特点是每个码元(也就是一个比特位)的中心位置都会发生一次电平转换,以此来携带位同步信号。相较于曼彻斯特编码,差分曼彻斯特编码在信号位开始时的跳变来表示逻辑值,而不是在码元的中间位置,这使得它在处理高速数据流时更为有效。
差分曼彻斯特编码的规则如下:
1. 对于逻辑"1",在信号位开始时不改变信号极性,即如果前一个码元结束时是高电平,那么当前码元的开始也将保持高电平;如果前一个码元结束时是低电平,当前码元开始也会保持低电平。
2. 对于逻辑"0",在信号位开始时会改变信号极性,无论前一个码元结束时是高电平还是低电平,当前码元的开始都会发生相反的电平变化。
曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码的主要区别在于电平转换的位置。曼彻斯特编码将每一位的电平转换放在码元的中间,而差分曼彻斯特编码则将其放在码元的开始。由于这种差异,差分曼彻斯特编码更适合高速数据传输,因为它减少了不必要的电平转换,从而降低了信号失真的可能性。
举例来说,对于比特流 "1011001",我们可以通过以下方式来画出差分曼彻斯特编码的波形图:
- 对于比特 "1",由于差分曼彻斯特编码规定1的开始不发生跳变,所以如果前一个比特的结束是高电平,那么当前比特的开始也是高电平;如果前一个比特的结束是低电平,当前比特的开始也是低电平。所以 "1011001" 的差分曼彻斯特编码波形中,每个 "1" 的开始都不会有电平转换。
- 对于比特 "0",编码规则规定0的开始会有电平转换,这意味着如果前一个比特的结束是高电平,当前比特的开始会变为低电平;如果前一个比特的结束是低电平,当前比特的开始会变为高电平。所以 "1011001" 的差分曼彻斯特编码波形中,每个 "0" 的开始都会有一个电平转换。
差分曼彻斯特编码通过在每个码元的开始位置强制一次电平变化(对于 "0"),提供了更可靠的时钟恢复机制,但这也意味着它的效率只有50%,因为每个码元都需要至少一次电平转换。尽管效率较低,但考虑到它在保持同步和减少干扰方面的优势,差分曼彻斯特编码在局域网(LAN)和其他高速通信系统中仍然被广泛采用。