摘要: 介绍了时钟分相技术并讨论了时钟分相技术在高速数字电路设计中的作用。 关键词: 时钟分相技术; 应用 中图分类号: TN 79 文献标识码:A 文章编号: 025820934 (2000) 0620437203 时钟是高速数字电路设计的关键技术之一, 系统时钟的性能好坏, 直接影响了整个电路的 性能。尤其现代电子系统对性能的越来越高的要求, 迫使我们集中更多的注意力在更高频率、 更高精度的时钟设计上面。但随着系统时钟频率的升高。我们的系统设计将面临一系列的问 题。 1) 时钟的快速电平切换将给电路带来的串扰(Crosstalk) 和其他的噪声。 2) 高速的时钟对电路板的设计提出了更高的要求: 我们应引入传输线(T ransm ission L ine) 模型, 并在信号的匹配上有更多的考虑。 3) 在系统时钟高于100MHz 的情况下, 应使用高速芯片来达到所需的速度, 如ECL 芯 片, 但这种芯片一般功耗很大, 再加上匹配电阻增加的功耗, 使整个系统所需要的电流增大, 发 热量增多, 对系统的稳定性和集成度有不利的影响。 4) 高频时钟相应的电磁辐射(EM I) 比较严重。 所以在高速数字系统设计中对高频时钟信号的处理应格外慎重, 尽量减少电路中高频信 号的成分, 这里介绍一种很好的解决方法, 即利用时钟分相技术, 以低频的时钟实现高频的处 理。 1 时钟分相技术 我们知道, 时钟信号的一个周期按相位来分, 可以分为360°。所谓时钟分相技术, 就是把 时钟周期的多个相位都加以利用, 以达到更高的时间分辨。在通常的设计中, 我们只用到时钟 的上升沿(0 相位) , 如果把时钟的下降沿(180°相位) 也加以利用, 系统的时间分辨能力就可以 提高一倍(如图1a 所示)。同理, 将时钟分为4 个相位(0°、90°、180°和270°) , 系统的时间分辨就 可以提高为原来的4 倍(如图1b 所示)。 以前也有人尝试过用专门的延迟线或逻辑门延时来达到时钟分相的目的。用这种方法产生的相位差不够准确, 而且引起的时间偏移(Skew ) 和抖动 (J itters) 比较大, 无法实现高精度的时间分辨。 近年来半导体技术的发展, 使高质量的分相功能在一 片芯片内实现成为可能, 如AMCC 公司的S4405, CY2 PRESS 公司的CY9901 和CY9911, 都是性能优异的时钟 芯片。这些芯片的出现, 大大促进了时钟分相技术在实际电 路中的应用。我们在这方面作了一些尝试性的工作: 要获得 良好的时间性能, 必须确保分相时钟的Skew 和J itters 都 比较小。因此在我们的设计中, 通常用一个低频、高精度的 晶体作为时钟源, 将这个低频时钟通过一个锁相环(PLL ) , 获得一个较高频率的、比较纯净的时钟, 对这个时钟进行分相, 就可获得高稳定、低抖动的分 相时钟。 这部分电路在实际运用中获得了很好的效果。下面以应用的实例加以说明。2 应用实例 2. 1 应用在接入网中 在通讯系统中, 由于要减少传输 上的硬件开销, 一般以串行模式传输 图3 时钟分为4 个相位 数据, 与其同步的时钟信号并不传输。 但本地接收到数据时, 为了准确地获取 数据, 必须得到数据时钟, 即要获取与数 据同步的时钟信号。在接入网中, 数据传 输的结构如图2 所示。 数据以68MBös 的速率传输, 即每 个bit 占有14. 7ns 的宽度, 在每个数据 帧的开头有一个用于同步检测的头部信息。我们要找到与它同步性好的时钟信号, 一般时间 分辨应该达到1ö4 的时钟周期。即14. 7ö 4≈ 3. 7ns, 这就是说, 系统时钟频率应在300MHz 以 上, 在这种频率下, 我们必须使用ECL inp s 芯片(ECL inp s 是ECL 芯片系列中速度最快的, 其 典型门延迟为340p s) , 如前所述, 这样对整个系统设计带来很多的困扰。 我们在这里使用锁相环和时钟分相技术, 将一个16MHz 晶振作为时钟源, 经过锁相环 89429 升频得到68MHz 的时钟, 再经过分相芯片AMCCS4405 分成4 个相位, 如图3 所示。 我们只要从4 个相位的68MHz 时钟中选择出与数据同步性最好的一个。选择的依据是: 在每个数据帧的头部(HEAD) 都有一个8bit 的KWD (KeyWord) (如图1 所示) , 我们分别用 这4 个相位的时钟去锁存数据, 如果经某个时钟锁存后的数据在这个指定位置最先检测出这 个KWD, 就认为下一相位的时钟与数据的同步性最好(相关)。 根据这个判别原理, 我们设计了图4 所示的时钟分相选择电路。 在板上通过锁相环89429 和分相芯片S4405 获得我们所要的68MHz 4 相时钟: 用这4 个 时钟分别将输入数据进行移位, 将移位的数据与KWD 作比较, 若至少有7bit 符合, 则认为检 出了KWD。将4 路相关器的结果经过优先判选控制逻辑, 即可输出同步性最好的时钟。这里, 我们运用AMCC 公司生产的 S4405 芯片, 对68MHz 的时钟进行了4 分 相, 成功地实现了同步时钟的获取, 这部分 电路目前已实际地应用在某通讯系统的接 入网中。 2. 2 高速数据采集系统中的应用 高速、高精度的模拟- 数字变换 (ADC) 一直是高速数据采集系统的关键部 分。高速的ADC 价格昂贵, 而且系统设计 难度很高。以前就有人考虑使用多个低速 图5 分相技术应用于采集系统 ADC 和时钟分相, 用以替代高速的ADC, 但由 于时钟分相电路产生的相位不准确, 时钟的 J itters 和Skew 比较大(如前述) , 容易产生较 大的孔径晃动(Aperture J itters) , 无法达到很 好的时间分辨。 现在使用时钟分相芯片, 我们可以把分相 技术应用在高速数据采集系统中: 以4 分相后 图6 分相技术提高系统的数据采集率 的80MHz 采样时钟分别作为ADC 的 转换时钟, 对模拟信号进行采样, 如图5 所示。 在每一采集通道中, 输入信号经过 缓冲、调理, 送入ADC 进行模数转换, 采集到的数据写入存储器(M EM )。各个 采集通道采集的是同一信号, 不过采样 点依次相差90°相位。通过存储器中的数 据重组, 可以使系统时钟为80MHz 的采 集系统达到320MHz 数据采集率(如图6 所示)。 3 总结 灵活地运用时钟分相技术, 可以有效地用低频时钟实现相当于高频时钟的时间性能, 并 避免了高速数字电路设计中一些问题, 降低了系统设计的难度。
上传时间： 2013-12-17
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共模干扰和差模干扰是电子、 电气产品上重要的干扰之一，它们 可以对周围产品的稳定性产生严重 的影响。在对某些电子、电气产品 进行电磁兼容性设计和测试的过程 中，由于对各种电磁干扰采取的抑 制措施不当而造成产品在进行电磁 兼容检测时部分测试项目超标或通 不过EMC 测试，从而造成了大量人 力、财力的浪费。为了掌握电磁干 扰抑制技术的一些特点，正确理解 一些概念是十分必要的。共模干扰 和差模干扰的概念就是这样一种重 要概念。正确理解和区分共模和差 模干扰对于电子、电气产品在设计 过程中采取相应的抗干扰技术十分 重要，也有利于提高产品的电磁兼 容性。
上传时间： 2014-01-16
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基于当前落后的辣椒烘干处理方法，本文利用AT89S52单片机和温度传感器（DS18B20）技术，设计了一种能自动显示、检测、控制报警一体化智能温控系统，通过仿真调试，可以根据需要自行设置温度范围。
上传时间： 2013-11-05
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由于智能配电数字终端[1]内部的工作温度会受到周围环境的影响，从而导致箱体内部的一些正常元器件无法正常地工作。因此一种能自动检测温度并且实时自动调节温度的技术应运而生。通过使用Silicon Laboratories公司生产的C8051F系列的高速SoC单片机结合DALLAS公司的高精度的数字温度采集芯片DS1820，以及外围的扩展电路，完成对终端内的温度的实时的精确的控制和调节。
上传时间： 2014-12-25
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当今国内的医院护理系统的发展现状，采用MSP430单片机与DTMF技术设计医院呼叫对讲系统，该系统以MSP430F149单片机作为控制核心，采用DTMF信号收发电路、DTMF信号编译码电路、振铃检测电路和显示电路等外围电路，通过进行硬件模拟实验和MATLAB软件仿真实验，验证了该系统的可行性和可靠性，可以实现拨号通话、显示信息、广播和护理级别设置等功能。该系统的设计简洁，主机芯片MSP430F149实现了低功耗，系统安装方便简单而且易于维护，成本比较低，具有较高的实用价值。
上传时间： 2013-11-23
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介绍一种基于MSP430F2274单片机为核心的智能小车。小车采用超声波测距技术实现自动避障，同时通过语音模块来播报出小车与障碍物的距离。为了使测距不受温度影响，用温度传感器实时检测小车周围环境的温度并修正距离计算公式的参数，采用光电编码器来检测小车的速度，运用PID控制算法和PWM来控制小车的精确稳定的运行，从而达到预期的设计目标。
上传时间： 2014-12-26
上传用户：lnnn30
根据大坝变形监测的实际需求,以C8051F410为硬件控制平台,采用先进的CCD技术,设计了用于大坝水平位移监测的具有高精度自动测量功能的引张线仪.重点阐述了检测仪器的工作原理、硬件整体实现方案及软件设计流程.测量结果表明该仪器具有很强的实用性.
上传时间： 2013-11-06
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本文提出了一种交流信号过零检测的电路, 即捕获交流信号的零点, 并借助MSP430 单片机内部的16 位定时器A ( Timer A) 的脉冲捕获功能便能得到该交流信号的周期进而能得到它的频率。系统的硬件部分主要由MSP430 单片机以及 整流桥、光电耦合器、三级管等器件构成; 而软件部分主要是基于MSP430 单片机的C 语言程序, 包括系统的初始化、定时器 的设置等。该系统的实验结果和电路仿真吻合较好, 具有一定的应用价值
上传时间： 2013-11-09
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采用纳瓦技术的8/14引脚闪存8位CMOS单片机 PIC12F635/PIC16F636/639数据手册 目录1.0 器件概述 2.0 存储器构成3.0 时钟源4.0 I/O 端口 5.0 Timer0 模块6.0 具备门控功能的Timer1 模块 7.0 比较器模块8.0 可编程低压检测（PLVD）模块9.0 数据EEPROM 存储器10.0 KeeLoq® 兼容加密模块 11.0 模拟前端（AFE）功能说明 （仅限PIC16F639）12.0 CPU 的特殊功能13.0 指令集概述14.0 开发支持15.0 电气特性16.0 DC 和AC 特性图表17.0 封装信息Microchip 网站变更通知客户服务客户支持读者反馈表 附录A： 数据手册版本历史产品标识体系全球销售及服务网点
上传时间： 2013-11-17
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文章分析了VSAT 室外单元的监控原理，对地面端站的监控信号特点做了剖析，测试获得了监控信号协议。在此基础上，给出了一种基于嵌入式单片机控制技术的室外单元检测平台设计方案，以及关键设备的硬件和软件设计结构。该平台为卫星设备检测维修提供了一种新的方法。
上传时间： 2013-11-09
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