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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Construction Strategy of ESD Protection CircuitAbstract： The principles used to construct ESD protection on circuits and the basic conceptions of ESD protection design are presented.Key words：ESD protection/On circuit, ESD design window, ESD current path1 引言静电放电（ESD，Electrostatic Discharge）给电子器件环境会带来破坏性的后果。它是造成集成电路失效的主要原因之一。随着集成电路工艺不断发展，互补金属氧化物半导体（CMOS，Complementary Metal-Oxide Semiconductor）的特征尺寸不断缩小，金属氧化物半导体(MOS, Metal-Oxide Semiconductor)的栅氧厚度越来越薄，MOS 管能承受的电流和电压也越来越小，因此要进一步优化电路的抗ESD 性能，需要从全芯片ESD 保护结构的设计来进行考虑。
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上传时间： 2013-11-09
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世界最新晶体管代换手册 一、半导体器件型号命名法二、手册中使用的缩略语三、晶体管参数符号及其说明四、晶体管代换的原则和方法五、晶体管型号、用途、参数及其相互代换表六、世界各国晶体管外形尺寸和引脚排列图七、日本晶体管外形、尺寸和引脚排列图
上传时间： 2013-11-10
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为使本书成为国内目前 最新、最全、最适用的晶体管 代换手册，编者根据国内外 出版的最新资料，在1992年 最新增订版的基础上，又增 加了数千种日本晶体管和数 千种欧州晶体管型号及其代 换的国内外型号，并且，还介 绍了美国1985年以前生产 的3N型场效应管及其代换 型号。 本手册介绍了数万种国 外晶体管（包括部分场效应 管）的型号、用途、极性、主要 参数、国外代换型号、国内代 换型号以及具有管脚排列和 实际尺寸的外形图。手册还 介绍了中国、国际、美国、日 本等半导体器件型号命名法 等内容。 本手册的特点是：资料 新颖，型号齐全，查阅方便， 实用性强，可供业余无线电 爱好者、电子和通讯专业的 工人和工程技术人员使用。
上传时间： 2013-12-11
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EDA （Electronic Design Automation）即“电子设计自动化”，是指以计算机为工作平台，以EDA软件为开发环境，以硬件描述语言为设计语言，以可编程器件PLD为实验载体(包括CPLD、FPGA、EPLD等)，以集成电路芯片为目标器件的电子产品自动化设计过程。“工欲善其事，必先利其器”，因此，EDA工具在电子系统设计中所占的份量越来越高。下面就介绍一些目前较为流行的EDA工具软件。 PLD 及IC设计开发领域的EDA工具，一般至少要包含仿真器（Simulator）、综合器（Synthesizer）和配置器（Place and Routing, P&R）等几个特殊的软件包中的一个或多个，因此这一领域的EDA工具就不包括Protel、PSpice、Ewb等原理图和PCB板设计及电路仿真软件。目前流行的EDA工具软件有两种分类方法：一种是按公司类别进行分类，另一种是按功能进行划分。 若按公司类别分，大体可分两类：一类是EDA 专业软件公司，业内最著名的三家公司是Cadence、Synopsys和Mentor Graphics；另一类是PLD器件厂商为了销售其产品而开发的EDA工具，较著名的公司有Altera、Xilinx、lattice等。前者独立于半导体器件厂商，具有良好的标准化和兼容性，适合于学术研究单位使用，但系统复杂、难于掌握且价格昂贵；后者能针对自己器件的工艺特点作出优化设计，提高资源利用率，降低功耗，改善性能，比较适合产品开发单位使用。 若按功能分，大体可以分为以下三类。 (1) 集成的PLD/FPGA开发环境 由半导体公司提供，基本上可以完成从设计输入（原理图或HDL）→仿真→综合→布线→下载到器件等囊括所有PLD开发流程的所有工作。如Altera公司的MaxplusⅡ、QuartusⅡ，Xilinx公司的ISE，Lattice公司的 ispDesignExpert等。其优势是功能全集成化，可以加快动态调试，缩短开发周期；缺点是在综合和仿真环节与专业的软件相比，都不是非常优秀的。 (2) 综合类 这类软件的功能是对设计输入进行逻辑分析、综合和优化，将硬件描述语句（通常是系统级的行为描述语句）翻译成最基本的与或非门的连接关系（网表），导出给PLD/FPGA厂家的软件进行布局和布线。为了优化结果，在进行较复杂的设计时，基本上都使用这些专业的逻辑综合软件，而不采用厂家提供的集成PLD/FPGA开发工具。如Synplicity公司的Synplify、Synopsys公司的FPGAexpress、FPGA Compiler Ⅱ等。 (3) 仿真类 这类软件的功能是对设计进行模拟仿真，包括布局布线（P&R）前的“功能仿真”（也叫“前仿真”）和P&R后的包含了门延时、线延时等的“时序仿真”（也叫“后仿真”）。复杂一些的设计，一般需要使用这些专业的仿真软件。因为同样的设计输入，专业软件的仿真速度比集成环境的速度快得多。此类软件最著名的要算Model Technology公司的Modelsim，Cadence公司的NC-Verilog/NC-VHDL/NC-SIM等。 以上介绍了一些具代表性的EDA 工具软件。它们在性能上各有所长，有的综合优化能力突出，有的仿真模拟功能强，好在多数工具能相互兼容，具有互操作性。比如Altera公司的 QuartusII集成开发工具，就支持多种第三方的EDA软件，用户可以在QuartusII软件中通过设置直接调用Modelsim和 Synplify进行仿真和综合。 如果设计的硬件系统不是很大，对综合和仿真的要求不是很高，那么可以在一个集成的开发环境中完成整个设计流程。如果要进行复杂系统的设计，则常规的方法是多种EDA工具协调工作，集各家之所长来完成设计流程。
上传时间： 2013-11-19
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数字与模拟电路设计技巧IC与LSI的功能大幅提升使得高压电路与电力电路除外，几乎所有的电路都是由半导体组件所构成，虽然半导体组件高速、高频化时会有EMI的困扰，不过为了充分发挥半导体组件应有的性能，电路板设计与封装技术仍具有决定性的影响。 模拟与数字技术的融合由于IC与LSI半导体本身的高速化，同时为了使机器达到正常动作的目的，因此技术上的跨越竞争越来越激烈。虽然构成系统的电路未必有clock设计，但是毫无疑问的是系统的可靠度是建立在电子组件的选用、封装技术、电路设计与成本，以及如何防止噪讯的产生与噪讯外漏等综合考虑。机器小型化、高速化、多功能化使得低频/高频、大功率信号/小功率信号、高输出阻抗/低输出阻抗、大电流/小电流、模拟/数字电路，经常出现在同一个高封装密度电路板，设计者身处如此的环境必需面对前所未有的设计思维挑战，例如高稳定性电路与吵杂(noisy)性电路为邻时，如果未将噪讯入侵高稳定性电路的对策视为设计重点，事后反复的设计变更往往成为无解的梦魇。模拟电路与高速数字电路混合设计也是如此，假设微小模拟信号增幅后再将full scale 5V的模拟信号，利用10bit A/D转换器转换成数字信号，由于分割幅宽祇有4.9mV，因此要正确读取该电压level并非易事，结果造成10bit以上的A/D转换器面临无法顺利运作的窘境。另一典型实例是使用示波器量测某数字电路基板两点相隔10cm的ground电位，理论上ground电位应该是零，然而实际上却可观测到4.9mV数倍甚至数十倍的脉冲噪讯(pulse noise)，如果该电位差是由模拟与数字混合电路的grand所造成的话，要测得4.9 mV的信号根本是不可能的事情，也就是说为了使模拟与数字混合电路顺利动作，必需在封装与电路设计有相对的对策，尤其是数字电路switching时，ground vance noise不会入侵analogue ground的防护对策，同时还需充分检讨各电路产生的电流回路(route)与电流大小，依此结果排除各种可能的干扰因素。以上介绍的实例都是设计模拟与数字混合电路时经常遇到的瓶颈，如果是设计12bit以上A/D转换器时，它的困难度会更加复杂。
上传时间： 2013-11-16
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第一章 传输线理论一 传输线原理二 微带传输线三 微带传输线之不连续分析第二章 被动组件之电感设计与分析一 电感原理二 电感结构与分析三 电感设计与模拟四 电感分析与量测传输线理论与传统电路学之最大不同，主要在于组件之尺寸与传导电波之波长的比值。当组件尺寸远小于传输线之电波波长时，传统的电路学理论才可以使用，一般以传输波长（Guide wavelength）的二十分之ㄧ（λ/20）为最大尺寸，称为集总组件（Lumped elements）；反之，若组件的尺寸接近传输波长，由于组件上不同位置之电压或电流的大小与相位均可能不相同，因而称为散布式组件（Distributed elements）。 由于通讯应用的频率越来越高，相对的传输波长也越来越小，要使电路之设计完全由集总组件所构成变得越来越难以实现，因此，运用散布式组件设计电路也成为无法避免的选择。 当然，科技的进步已经使得集总组件的制作变得越来越小，例如运用半导体制程、高介电材质之低温共烧陶瓷（LTCC）、微机电（MicroElectroMechanical Systems, MEMS）等技术制作集总组件，然而，其中电路之分析与设计能不乏运用到散布式传输线的理论，如微带线（Microstrip Lines）、夹心带线（Strip Lines）等的理论。因此，本章以讨论散布式传输线的理论开始，进而以微带传输线为例介绍其理论与公式，并讨论微带传输线之各种不连续之电路，以作为后续章节之被动组件的运用。
标签： 传输线
上传时间： 2014-01-10
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为了提高太阳能光伏组件的充电效率以及适应外界气候变化，设计了一套具有自适应四种充电模式且具备最大功率点跟踪的太阳能充电控制系统。该系统采用意法半导体公司的STM32FL03VC作为控制系统的核心，监控整个系统的正常工作，具有浮充、防过充功能。硬件设计采用高精度的集成芯片，使得系统设计简易精确、集成度更高。测试结果表明，该控制器能实时跟踪最大功率点，正确监控蓄电池各充电模式，充电效率高，性能可靠。
上传时间： 2013-10-10
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为了推进光伏发电技术应用到居民家居生活中，提出了一套适用于家用小功率电器工作的光伏逆变系统。系统采用意法半导体公司的STM32F103VC作为控制系统的核心，运用软件方式产生SPWM波。逆变主拓扑回路采用两级全桥变换器，中间环节配合高频变压器升压。与传统的逆变器设计思路不同，前级全桥变换器采用SPWM波控制实现逆变取代以往恒定脉宽PWM控制，后级变换器作为频率50 Hz翻转开关来重构正弦波。该系统可将太阳能电池板输出的12 V电压转换为适用于家用电器工作的220 V/50 Hz交流电。
上传时间： 2013-11-17
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锂离子电池促进了电动汽车和混合动力汽车的发展，但要全面实现其潜能需要新一代半导体器件。这类器件必须能够正确监控和管理锂离子电池，以达到电池应有的性能。否则，充电一次应该行驶200公里的汽车，可能开180公里就走不动了。同样重要的是，新的半导体监控器件必须能够可靠检测电池故障。这意味着，在监控每节锂离子电池的同时，对监控系统本身进行监控。
上传时间： 2013-11-15
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