详细介绍：基于FPGA的HDB3编解码（verilog语言）

文章目录

• 前言
• 一、HDB3码介绍
• • AMI码介绍
• 二、HDB3编码过程
• • 1.V破坏码插入
  • 2.B码插入
  • 3.确认B极性
  • 4.确认V极性
  • 5.小总结
• 三、verilog编码设计
• • 1.原始数据产生模块
  • 2.V码插入
  • 3.B码插入
  • 4.极性确认
  • 5.编码总
  • 6.解码总
  • 7.top顶层
• 总结

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前言

项目背景就是将数据通信需要进行HDB3编码，进而一起学习一下。

一、HDB3码介绍

HDB3码（三阶高密度双极性码 High Density Bipolar of Order 3 code）是一种适用于基带传输的编码方式，它是为了克服AMI码（交替反转码 Alternative Mark Inversion）的缺点而出现的，具有能量分散，抗破坏性强等特点。在数字通信中，有些场合可不经过载波调制和解调过程，而对基带信号进行直接传输。采用AMI码的信号交替反转，有可能出现四连零现象，会使得编码的自时钟（self-clocking）信息丢失，这不利于接收端的定时信号提取。而HDB3码因其无直流成份、低频成份少和连0个数最多不超过三个等特点，而对定时信号的恢复十分有利。但HDB3码也有缺点：1、如果单bit编解码出错，会影响后续所有信息；2、对于编解码电路而言，工作前若未正确的清零，同样将出现错误的编解码信息。

AMI码介绍

HDB3是在AMI的基础上进行改良的，进而使得传输长串的0更加可靠。介绍HDB3码前，我们必须介绍一下AMI编码的方法：对于输入代码中所有的0保持不变，对所有的1加上极性符号+/-，注意这里不是随机加上+/-，一个序列中要保持正负交替，至于代码中第一个1是加上正极还是负极则没有明确规定，这里我们默认第一个1为+1，下面给出一个AMI编码的实例：

原始数据：10000110000101100001
AMI数据： 10000-110000-101-100001

二、HDB3编码过程

1.V破坏码插入

HDB3码基于AMI码，若输入代码中连续0的个数小于4则编码规则同AMI码一致，若出现连续的四个0，则通过一下规则编码：

1、0000变为000V：注意这里是每四个0进行转变（V码意为violation，表明编码时出现了连续四个0）
原始数据：1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
加V数据： 1 1 0 0 0 V 1 0 0 0 V 0 0 0 V

2.B码插入

加入B码：检查相邻两个V码之间1的个数，若有偶数个1则后一个000V变为B00V，奇数个1则不变（B码意为bipolar）
加V数据： 1 1 0 0 0 V 1 0 0 0 V 0 0 0 V
加B数据： 1 1 B 0 0 V 1 0 0 0 V B 0 0 V

3.确认B极性

确定B的极性，B和1正负交替加上极性，默认第一个B或者1为+；AMI码本身1的极性切换还是不变的，B的极性要跟AMI的正负1极性在一起切换
加B数据： 1 1 B 0 0 V 1 0 0 0 V B 0 0 V
一次极性：1 -1 B 0 0 V -1 0 0 0 V B 0 0 V

4.确认V极性

确认V码的极性，V码也是正负交替加上极性，这里大家可以发现，V是一个破坏沿，其前一个非0码跟其有相同的极性（V码直接跟随其前面一个1或者B的极性），V码后一个非0码则是有相反极性。
一次极性：1 -1 B 0 0 V -1 0 0 0 V B 0 0 V
二次极性：1 -1 B 0 0 V -1 0 0 0 -V B 0 0 V

5.小总结

所以说连续的4个0会因为两个V之前1个个数还有前一个数据的极性来进行确定：
分别有4种情况：

两个连续V之间的1个数————无极性数据————前一个bit的极性————带极性数据————
————偶数—————————（B00V）——————正————————（ -B 0 0 -V）
————偶数—————————（B00V）——————负————————（+B 0 0 +V）
————奇数—————————（000V）——————正————————（ 0 0 0 +V）
————奇数—————————（000V）——————负————————（ 0 0 0 -V）

三、verilog编码设计

1.原始数据产生模块

`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company: 
// Engineer: 
// 
// Create Date: 2025/09/24 21:07:39
// Design Name: 
// Module Name: raw_data_generate
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
module raw_data_generate(
input           clk,
input           rst_n,
output  reg     raw_data,
output  reg     raw_data_vld
);
//data[14:0]：11 0000 1 0000 0000
reg [14:0]  data_reg;
reg [3:0]   data_count;
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
data_reg <= 15'h61_00;
data_count <= 4'd0;
raw_data <= 1'b0;
raw_data_vld <= 1'b0;
end
else if(data_count<4'd14)begin
raw_data <= data_reg[14-data_count];
data_count <= data_count + 4'd1;
data_reg <= data_reg;
raw_data_vld <= 1'b1;
end
else begin
raw_data <= data_reg[14-data_count];
data_count <= 4'd0;
data_reg <= data_reg;
raw_data_vld <= 1'b1;
end
end
endmodule

2.V码插入

`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company: 
// Engineer: 
// 
// Create Date: 2025/09/24 21:34:22
// Design Name: 
// Module Name: load_V
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
module load_V(
input               clk,
input               rst_n,
input               raw_data,
input               raw_data_vld,
output  reg [1:0]   raw_data_V,
output  reg         raw_data_V_vld,
output  reg [3:0]   zero_count,
output  reg [3:0]   one_count
);
//reg [3:0]   zero_count;     //统计0的个数
//reg [3:0]   one_count;      //统计1的个数
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
zero_count <= 4'd0;
one_count <= 4'd0;
end
else if(raw_data_vld)begin
if(!raw_data && zero_count<4'd3)begin
zero_count <= zero_count + 4'd1;
one_count <= 4'd0;
end
else if(!raw_data && zero_count==4'd3)begin