USB 之傳輸編碼格式 NRZI 介紹

NRZI （Non-Return-to-Zero Inerted code） 非歸零翻轉編碼，以前，我先稍微記錄一下他的前身

RZ 編碼（Return- to - zero coding）

　　RZ 編碼，簡單的來講，就是在每一位普通的編碼後面加了一個零電平。因此叫作歸零編碼，正電平表明1，後面再接一個0電平，告訴接收器該同步了，負電平表明0，而後又接一個0電平。 以下圖所示。

　　能夠看到，每一位後面都接了一位0電平，因此接收器在接收到 0 之後採樣便可，這樣就不用單獨的時鐘信號，實際上，RZ編碼就至關於把時鐘信號用 0 編碼在數據以內，這樣的信號也叫自同步（self-clocking）信號。 這樣的作法雖然在物理上少了一根時鐘線，可是在帶寬上確有一大部分都用在歸零上面了。

第二種演變，去掉歸零 NRZ （Non - Return - to - Zero - code）編碼，就是講 RZ 編碼的歸零去掉

　　NRZ編碼既是將邏輯1編碼做爲一個DC電平，邏輯0作爲另外一個DC電平。它與RZ碼的區別就是它不用歸零，也就是說，一個週期能夠所有用來傳輸數據，這樣傳輸的帶寬就能夠徹底利用。通常常見的帶有時鐘線的傳輸協議都是使用NRZ編碼或者差分的NRZ編碼。所以，使用NRZ編碼若想傳輸高速同步數據，基本上都要帶有時鐘線，由於自己NRZ編碼沒法傳遞時鐘信號。但在低速異步傳輸下能夠不存在時鐘線，但在通訊前，雙方設備要約定好通訊波特率，例如UART。

NRZ通常用於設備內的信號傳輸，對於串行傳輸，它有許多缺點：

（1）數據自己不攜帶時鐘信息，所以不能自定時（即這樣作雖然咱們帶寬不浪費了，可是咱們的時鐘線的同步信號又要另外給。）；此外，一個全是1或全是0的長串編碼結果就是一個固定的電平，沒有跳變。

（2）它的DC份量隨着數據流內容的變化而變化，低頻內容每每占主導地位。

        因爲這些緣由，除了低速短距離通信，好比SPI等 外，NRZ不多用於串行傳輸。

第三種演變，NRZI（Non - Return - to - Zero - Inverted - code） 非歸零反相編碼

　　和NRZ 編碼不一樣的是，NRZI 編碼利用的電平的翻轉來表明一個邏輯，當前電平相對於前一個電平不變表明0，當前電平相對於前一個電平相反表明1， USB 的傳輸就是用的 NRZI 編碼格式，在USB 中，電平翻轉表明邏輯1，電平不變表明邏輯0。限定最大0的數目，NRZI就能夠實現自定時能力。好比，將全0的同步碼反向，因而產生連續的跳變，這樣便於PLL鎖定。NRZI頻譜依然有一個相對較高的低頻份量，且它的直流份量也不是自由的（反轉用0或是1，並非必定的）。

 

 

數據同步問題

　　NRZ 和 NRZI 都沒有同步的特性，可是，能夠用一些比較特殊的技巧來解決，好比，先發送一個同步頭，內容是0101010, 讓接收着經過這個同步頭來計算髮出的頻率，而後再用這個頻率去接收以後的數據信號。

　　在USB 中，每個USB的數據包，最開始的時候都有一個同步域，這個域定義爲 0000 0001，這個域經過 NRZI 編碼後，就是一個正負正負的方波，接收者能夠經過這個方波計算頻率，而後同步後面的數據。

　　此外，由於在USB的NRZI編碼下，邏輯1會形成電平翻轉，因此接受者在接收數據時，根據接收的翻轉信號調整頻率，保證數據傳輸正確。

　　可是，這樣還會有一個問題，接收者能夠主動和發送者之間頻率匹配，可是二者之間總會有偏差，假如數據是1000個邏輯0，通過 NRZI 編碼後，很長時間都是同一個電平，這種狀況下，便是接收者和發送者之間的頻率相差千分之一，就是形成採樣 999 個0或者是1001 個0。

　　USB 對這種問題的解決方法就是強制插一個1，規定爲傳輸6個0後在數據中插入一個1，即發送前就會在第6個0後面強制插入一個1，就讓發送的信號強制出現翻轉，從而強制接受者調整頻率，接受者只要刪除6個1以後的那個0，就能夠恢復原有的數據。