开关磁阻电机(SwitchedReluctanceMotor，SRM)具有结构简单、工作可靠、效率高和成本较低等优点，在很多领域都显示出强大的竞争力，但是位置传感器的存在不仅削弱了SRM结构简单的优势，而且降低了系统高速运行的可靠性，增加了成本，探索实用的无位置传感器检测转子位置的方案成为开关磁阻电机驱动系统(SwitchedReluctanceMotorDrive，SRD)研究的热点。SRM高度非线性的电磁特性决定了在精确的数学模型基础上实现无位置传感器控制十分困难，而人工神经网络的出现为解决这个问题提供了新的思路。径向基函数(RadialBasisFunction，RBF)神经网络是一种映射能力极强的前向型神经网络，具有收敛速度快、全局逼近能力强等优点。本文提出一种利用自适应RBF神经网络对SRM进行控制的新方法，所采用的RBF神经网络以电机绕组的相电流、磁链作为输入，转子位置作为输出，通过离线和在线相结合的方法对网络进行训练，建立SRM电流、磁链与转子位置之间的非线性映射，从而实现SRM的无位置传感器控制。 常规的PID控制以其结构简单、可靠性高、易于工程实现等优点至今仍被广泛采用。在系统模型参数变化不大的情况下，PID控制效果良好，但当被控对象具有高度非线性和不确定性时，仅靠PID调节效果不好。对于SRM，它的电磁关系高度非线性，固定参数的PID调节器无法得到很理想的控制性能指标。论文提出了一种基于RBF神经网络在线辨识的SRM单神经元PID自适应控制新方法。该方法针对开关磁阻电机的非线性，利用具有自学习和自适应能力的单神经元来构成开关磁阻电机的单神经元自适应控制器，不但结构简单，而且能适应环境变化，具有较强的鲁棒性。同时构造了一个RBF网络对系统进行在线辨识，建立其在线参考模型，由单神经元控制器完成控制器参数的自学习，从而实现控制器参数的在线调整，能取得更好的控制效果。 仿真及实验结果表明，自适应RBF神经网络能够实现电机的准确换相，从而实现了电机的无位置传感器控制；基于RBF神经网络在线辨识的单神经元自适应控制能够达到在线辨识在线控制的目的，控制精度高，动态特性好，具有较好的自适应性和鲁棒性。
上传时间： 2013-04-24
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FPGA器件在通信、消费类电子等领域应用越来越广泛，随着FPGA规模的增大、功能的加强对时钟的要求也越来越高。在FPGA中嵌入时钟发生器对解决该问题是一个不错的选择。本论文首先，描述并分析了电荷泵锁相环时钟发生器的体系结构、组成单元及各单元的非理想特性；然后讨论并分析了电荷泵锁相环的小信号特性和瞬态特性；并给出了电荷泵锁相环器件参数的计算表达式。其次，研究了环形振荡器和锁相环的相位噪声特性。由于噪声性能是时钟发生器设计中的关键指标，本工作对此进行了较为详细的分析。相位噪声和抖动是衡量时钟信号的两个主要指标。文中从理论上推导了一阶锁相环的噪声特性，并建立了由噪声分析抖动和由抖动分析噪声的解析表达式关系，并讨论了环路低噪声设计的基本原则。在前面讨论和分析的基础上，利用Hynix0.35umCMOS工艺设计了200MHz电荷泵锁相环时钟发生器，并进行了仿真。设计中环形振荡器的延迟单元采用replica偏置结构，把延迟单元输出摆幅限定在确定范围，尾电流源采用cascode结构，增强电路对电源和衬底噪声的抑制作用。通过增加限流管，改善电荷泵中的开关的非理想特性。
上传时间： 2013-04-24
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在直流电气传动系统中使用的可控直流电源大部分是晶闸管相控整流电源,而晶闸管触发脉冲形成单元是晶闸管相控整流系统的重要组成部分.该设计采用现场可编程门阵列控制实现了晶闸管触发器的数字化,与传统的晶闸管触发控制器相比有脉冲对称度好等许多优点,具有广阔的应用前景.该论文首先系统分析了晶闸管触发器的各种性能指标,并对常见的触发器进行了分类.通过分析不同类型触发器的优缺点,最终确定采用三相同步的绝对触发方式,这种方式在控制器内部资源允许的前提下,在外围电路很少的情况下就能实现高性能控制,简化了系统设计.其次,对开发硬件和软件以及编程语言进行了介绍.另外,详细阐述了采用现场可编程门阵列EPFl0K10器件实现具有相序自适应、缺相保护等功能的晶闸管触发器的软硬件设计.最后,使用自主开发的触发器构成一套三相全控桥整流设备,并给出了实验结果和波形分析.试验结果表明,该论文设计的基于FPGA/CPLD的晶闸管智能触发控制器能够满足一般工业控制要求,达到了预期的目的.
上传时间： 2013-04-24
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随着通信网的发展和用户需求的提高,光纤通信中的PDH体系逐渐被SDH体系所取代.SDH光纤通信系统以其通信容量大、传输性能好、接口标准、组网灵活方便、管理功能强大等优点获得越来越广泛的应用.但是在某些对传输容量需求不大的场合,SDH的巨大潜力和优越性无法发挥出来,反而还会造成带宽浪费.相反,PDH因其容量适中,配置灵活,成本低廉和功能齐全,可针对客户不同需要设计不同的方案,在某些特定的接入场合具有一定的优势.本课题根据现实的需要,提出并设计了一种基于PDH技术的多业务单片FPGA传输系统.系统可以同时提供12路E1的透明传输和一个线速为100M以太网通道,主要由一块FPGA芯片实现大部分功能,该解决方案在集成度、功耗、成本以及灵活性等方面都具有明显的优势.本文首先介绍数字通信以及数字复接原理和以太网的相关知识,然后详细阐述了本系统的方案设计,对所使用的芯片和控制芯片FPGA做了必要的介绍,最后具体介绍了系统硬件和FPGA编码设计,以及后期的软硬件调试.归纳起来,本文主要具体工作如下:1.实现4路E1信号到1路二次群信号的复分接,主要包括全数字锁相环、HDB3-NRZ编解码、正码速调整、帧头检测和复分接等.2.将以太网MII接口来的25M的MII信号通过码速变换到25.344M,进行映射.3.将三路二次群信号和变换过的以太网MII信号进行5b6b编解码,以利于在光纤上传输.4.高速时提取时钟采用XILINX的CDR方案.并对接收到的信号经过5b6b解码后,分接出各路信号.
上传时间： 2013-07-23
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软开关技术是电力电子装置向高频化、高功率密度化发展的关键技术，已成为现代电力电子技术研究的热点之一。微处理器的出现促进了电力电子变换器的控制技术从传统的模拟控制转向数字控制，数字控制技术可使控制电路大为简化，并能提高系统的抗干扰能力、控制灵活性、通用性以及智能化程度。本文提出了一种利用耦合输出电感的新型次级箝位ZVZCS PWM DC/DC变换器，其反馈控制采用数字化方式。 论文分析了该新型变换器的工作原理，推导了变换器各种状态时的参数计算方程；设计了以ARW芯片LPC2210为核心的数字化反馈控制系统，通过软件设计实现了PWM移相控制信号的输出；运用Pspice9.2软件成功地对变换器进行了仿真，分析了各参数对变换器性能的影响，并得出了变换器的优化设计参数；最后研制出基于该新型拓扑和数字化控制策略的1千瓦移相控制零电压零电流软开关电源，给出了其主电路、控制电路、驱动电路、保护电路及高频变压器等的设计过程，并在实验样机上测量出了实际运行时的波形。 理论分析与实验结果表明：该变换器拓扑能实现超前桥臂的零电压开关，滞后桥臂的零电流开关；采用ARM微控制器进行数字控制，较传统的纯模拟控制实时反应速度更快、电源稳压性能更好、外围电路更简单、设计更灵活等，为实现智能化数字电源创造了基础，具有广泛的应用前景和巨大的经济价值。
上传时间： 2013-08-03
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软件无线电DDC(数字下变频)系统作为前端ADC与后端通用DSP器件之间的桥梁，通过降低数据流的速率，把低速数据送给后端通用DSP器件进行处理，其性能的优劣将对整个软件无线电系统的稳定性产生直接影响。采用专用DDC芯片完成数字下变频，虽然具有抽取比大、性能稳定等优点，但价格昂贵，灵活性不强，不能充分体现软件无线电的优势。FPGA工艺发展迅速，处理能力大大增强，相对于ASIC、DSP来说具有吞吐量高、开发周期短、可实现在线重构等诸多优势。正因为这些优点，使得FPGA在软件无线电的研究和开发中起着越来越重要的作用。 本次设计的目标是在一块FPGA芯片上实现单通道数字下变频系统。现阶段主要对软件无线电数字下变频器的FPGA实现方法进行了研究分析，重点完成了其主要模块的设计和仿真以及初步的系统级验证。 论文首先对软件无线电数字下变频的国内外现状进行了分析，然后对FPGA实现数字下变频设计的优势作了阐述。在对软件无线电理论基础、数字信号处理的相关知识深入研究的基础上重点研究软件无线电数字下变频技术。对数字下变频的NCO、混频、CIC、HB、FIR模块的实现方法进行深入研究，在：MATLAB中设定整体系统方案、完成模块划分和接口定义，并对部分模块建立数学模型并仿真、对模块的性能进行优化。从数字下变频的系统层次上考虑了各模块彼此问的性能制约，从而选择合理配置、优化系统结构以获得模块间的性能均衡和系统性能的最优化。最后通过使用编写'Verilog程序和调用部分lP Core相结合的方法完成数字下变频各个模块的设计并完成仿真和调试。结果表明设计的思想和结构是正确的，在下一步工作中主要完成系统的板级调试。
上传时间： 2013-04-24
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多相滤波器主要应用于脉冲多普勒雷达、通信宽带数字接收机、雷达自适应波束形成等信号处理领域。在多普勒雷达信号处理中国内外关于FIR滤波器设计研究的报道较多，而对于IIR滤波器的设计研究相对较少，原因是IIR多相滤波器的设计复杂性，使得IIR滤波器在多普勒雷达数字信号处理中难以发挥重要作用。本文以脉冲多普勒雷达信号处理为背景，主要研究数字多相滤波器的特点和设计方法；进而研究数字多相滤波器的数字仿真方法与FPGA实现技术。对于自主研究、设计和实现雷达信号处理的各种结构的滤波器具有重要的意义。 本文讨论了FIR数字滤波器和IIR数字滤波器的特点和区别。对IIR滤波器的多相结构进行了理论分析，重点研究了IIR多相滤波器的设计原理。根据此原理进行IIR滤波器的多相设计并扩展到多通道和多级结构。在此基础上，根据本文研究的多普勒雷达回波信号需要四通道处理的要求搭建软件仿真模型，对所设计的2级4通道IIR多相滤波器组进行了仿真实验，给出仿真结果，并进行了讨论。 在完成2级4通道IIR多相滤波器组的软件仿真后，利用FPGA设计平台，对该IIR多相滤波器组进行了设计仿真和综合实现。在实现过程中进行了功能仿真和时序仿真两级仿真验证，结果表明在模拟硬件环境中所设计的2级4通道IIR多相滤波器组能够较好地实现多普勒雷达回波信号多通道的划分和滤波功能要求，验证了设计思路和方法的正确性和可行性。
上传时间： 2013-04-24
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随着计算机技术和通信技术的迅速发展，数字视频在信息社会中发挥着越来越重要的作用，视频传输系统已经被广泛应用于交通管理、工业监控、广播电视、银行、商场等多个领域。同时，FPGA单片规模的不断扩大，在FPGA芯片内部实现复杂的数字信号处理系统也成为现实，因此采用FPGA实现视频压缩和传输已成为一种最佳选择。 本文将视频压缩技术和光纤传输技术相结合，设计了一种基于无损压缩算法的多路数字视频光纤传输系统，系统利用时分复用和无损压缩技术，采用串行数字视频传输的方式，可在一根光纤中同时传输8路以上视频信号。系统在总体设计时，确定了基于FPGA的设计方案，采用ADI公司的AD9280和AD9708芯片实现A/D转换和D/A转换，在FPGA里实现系统的时分复用/解复用、视频数据压缩/解压缩和线路码编解码，利用光收发一体模块实现电光转换和光电转换。视频压缩采用LZW无损压缩算法，用Verilog语言设计了压缩模块和解压缩模块，利用Xilinx公司的IP核生成工具Core Generator生成FIFO来缓存压缩/解压缩单元的输入输出数据，光纤线路码采用CIMT码，设计了编解码模块，解码过程中，利用数字锁相环来实现发射与接收的帧同步，在ISE8.2和Modelsim仿真环境下对FPGA模块进行了功能仿真和时序仿真，并在Spartan-3E开发板和视频扩展板上完成了系统的硬件调试与验证工作，实验证明，系统工作稳定，图像清晰，实时传输效果好，可用于交通、安防、工业监控等多个领域。 本文将视频压缩和线路码编解码在FPGA里实现，利用FPGA的并行处理优势，大大提高了系统的处理速度，使系统具有集成度高、灵活性强、调试方便、抗干扰能力强、易于升级等特点。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，随着集成电路工艺技术的进步，电子系统的构成发生了两个重要的变化： 一个是数字信号处理和数字电路成为系统的核心，一个是整个电子系统可以集成在一个芯片上（称为片上系统)。这些变化改变了模拟电路在电子系统中的作用，并且影响着模拟集成电路的发展。 数字电路不仅具有远远超过模拟电路的集成规模，而且具有可编程、灵活、易于附加功能、设计周期短、对噪声和制造工艺误差的抗扰性强等优点，因而大多数复杂系统以数字信号处理和数字电路为核心已成为必然的趋势。虽然如此，模拟电路仍然是电子系统中非常重要的组成部分。这是因为我们接触到的外部世界的物理量主要都是模拟量，比如图像、声音、压力、温度、湿度、重量等，要将它们变换为数字信号，需要模拟信号处理和数据转换电路，如果这些电路性能不够高，将会影响整个系统的性能。其次，系统中的许多功能不可能或很难用数字电路完成，如微弱信号放大，很高频率和宽频带信号的实时处理等。因此，虽然模拟电路在系统中不再是核心，但作为固有的模拟世界与数字系统的接口，其地位和作用仍然十分重要。 片上系统要求将数字电路和模拟电路集成在一个芯片上，这希望模拟电路使用与数字电路相同的制造工艺。随着MOS器件的线宽不断减小，使MOS器件的性能不断提高，MOS数字电路成为数字集成电路的主流，并因此促进了MOS模拟集成电路的迅速发展。为了适应电子系统功能的不断扩展和性能的不断提高，对模拟电路在降低电源电压、提高工作频率、扩大线性工作范围和提高性能指标的精度和稳定度等方面提出更高要求，促进了新电路技术的发展。 作为研究生课程的教材，本书内容是在本科相关课程基础上的深化和扩展，同时涉及实际设计中需要考虑的一些问题，重点介绍具有高工作频率、低电源电压和高工作稳定性的新电路技术和在电子系统中占有重要地位的功能电路及其中的新技术。全书共7章，大致可分为三个部分。第一部分包括第1章和第7章。第1章为MOS模拟集成电路基础，比较全面地介绍MOS器件的工作原理和特性以及由MOS器件构成的基本单元电路，为学习本教材其他内容提供必要的知识。由于版图设计与工艺参数对模拟集成电路性能的影响很大，因此第7章简单介绍制造MOS模拟集成电路的CMOS工艺过程和版图设计技术，读者可以通过对该章所介绍的相关背景知识的了解，更深入地理解MOS器件和电路的特性，有助于更好地完成模拟集成电路的可实现性设计。第二部分为新电路技术，由第2章、第3章和第5章的部分组成，包括近年来逐步获得广泛应用的电流模电路、抽样数据电路和对数域电路，它们在提高工作频率、降低电源电压、扩大线性工作范围和提高性能指标的精度和稳定度方面具有明显的潜力，同时它们也引入了一些模拟电路的新概念。这些内容有助于读者开拓提高电路性能方面的思路。第2章介绍电流模电路的工作原理、特点和典型电路。与传统的以电压作为信号载体的电路不同，这是一种以电流作为信号载体的电路，虽然在电路中电压和电流总是共同存在并相互作用的，但由于信号载体不同，不仅电路性能不同而且电路结构也不同。第3章介绍抽样数据电路的特点和开关电容与开关电流电路的工作原理、分析方法与典型电路。抽样数据电路类似于数字电路，处理的是时间离散信号，又类似于模拟电路，处理的是幅度连续信号，它比模拟电路具有稳定准确的时间常数，解决了模拟电路实际应用中的一大障碍。对数域电路在第5章中结合其在滤波器中的应用介绍，这类电路除具有良好的电性能外，还提出了一种利用器件的非线性特性实现线性电路的新思路。第三部分介绍几个模拟电路的功能模块，它们是电子系统中的关键组成部分，并且与信号和信号处理联系密切，有助于在信号和电路间形成整体观念。这部分包括第4章至第6章。第4章介绍数据转换电路的技术指标和高精度与高速度转换电路的构成、工作原理、特点和典型电路。第5章介绍模拟集成滤波器的设计方法和主要类型，包括连续时间滤波器、对数域滤波器和抽样数据滤波器。第6章介绍通信系统中的收发器与射频前端电路，包括收信器、发信器的技术指标、结构和典型电路。因为载波通信系统传输的是模拟信号，射频前端电路的性能对整个通信系统有直接的影响，所以射频集成电路已成为重要的研究课题。 〖〗高等模拟集成电路〖〗〖〗前言〖〗〖〗本书是在为研究生开设的“高等模拟集成电路”课程讲义的基础上整理而成，由董在望主编，第1、4、7章由李冬梅编写，第6章由王志华编写，第5章由李永明和董在望编写，第2、3章由董在望编写，李国林参加了部分章节的校核工作。 本书可作为信息与通信工程和电子科学与技术学科相关课程的研究生教材或教学参考书，也可作为本科教学参考书或选修课教材和供相关专业的工程技术人员参考。 清华大学出版社多位编辑为本书的出版做了卓有成效的工作，深致谢意。 限于编者水平，难免有错误和疏漏之处，欢迎批评指正。 目录 1.1MOS器件基础及器件模型 1.1.1结构及工作原理 1.1.2衬底调制效应 1.1.3小信号模型 1.1.4亚阈区效应 1.1.5短沟效应 1.1.6SPICE模型 1.2基本放大电路 1.2.1共源(CS)放大电路 1.2.2共漏(CD)放大电路 1.2.3共栅(CG)放大电路 1.2.4共源共栅(CSCG)放大电路 1.2.5差分放大电路 1.3电流源电路 1.3.1二极管连接的MOS器件 1.3.2基本镜像电流源 1.3.3威尔逊电流源 1.3.4共源共栅电流源 1.3.5有源负载放大电路 1.4运算放大器 1.4.1运算放大器的主要参数 1.4.2单级运算放大器 1.4.3两级运算放大器 1.4.4共模反馈(CMFB) 1.4.5运算放大器的频率补偿 1.5模拟开关 1.5.1导通电阻 1.5.2电荷注入与时钟馈通 1.6带隙基准电压源 1.6.1工作原理 1.6.2与CMOS工艺兼容的带隙基准电压源 思考题 2电流模电路 2.1概述 2.1.1电流模电路的概念 2.1.2电流模电路的特点 2.2基本电流模电路 2.2.1电流镜电路 2.2.2电流放大器 2.2.3电流模积分器 2.3电流模功能电路 2.3.1跨导线性电路 2.3.2电流传输器 2.4从电压模电路变换到电流模电路 2.5电流模电路中的非理想效应 2.5.1MOSFET之间的失配 2.5.2寄生电容对频率特性的影响 思考题 3抽样数据电路 3.1开关电容电路和开关电流电路的基本分析方法 3.1.1开关电容电路的时域分析 3.1.2开关电流电路的时域分析 3.1.3抽样数据电路的频域分析 3.2开关电容电路 3.2.1开关电容单元电路 3.2.2开关电容电路的特点 3.2.3非理想因素的影响 3.3开关电流电路 3.3.1开关电流单元电路 3.3.2开关电流电路的特点 3.3.3非理想因素的影响 思考题 4A/D转换器与D/A转换器 4.1概述 4.1.1电子系统中的A/D与D/A转换 4.1.2A/D与D/A转换器的基本原理 4.1.3A/D与D/A转换器的性能指标 4.1.4A/D与D/A转换器的分类 4.1.5A/D与D/A转换器中常用的数码类型 4.2高速A/D转换器 4.2.1全并行结构A/D转换器 4.2.2两步结构A/D转换器 4.2.3插值与折叠结构A/D转换器 4.2.4流水线结构A/D转换器 4.2.5交织结构A/D转换器 4.3高精度A/D转换器 4.3.1逐次逼近型A/D转换器 4.3.2双斜率积分型A/D转换器 4.3.3过采样ΣΔA/D转换器 4.4D/A转换器 4.4.1电阻型D/A转换器 4.4.2电流型D/A转换器 4.4.3电容型D/A转换器 思考题 5集成滤波器 5.1引言 5.1.1滤波器的数学描述 5.1.2滤波器的频率特性 5.1.3滤波器设计的逼近方法 5.2连续时间滤波器 5.2.1连续时间滤波器的设计方法 5.2.2跨导电容（GmC）连续时间滤波器 5.2.3连续时间滤波器的片上自动调节电路 5.3对数域滤波器 5.3.1对数域电路概念及其特点 5.3.2对数域电路基本单元 5.3.3对数域滤波器 5.4抽样数据滤波器 5.4.1设计方法 5.4.2SZ域映射 5.4.3开关电容电路转换为开关电流电路的方法 思考题 6收发器与射频前端电路 6.1通信系统中的射频收发器 6.2集成收信器 6.2.1外差式接收与镜像信号 6.2.2复数信号处理 6.2.3收信器前端结构 6.3集成发信器 6.3.1上变换器 6.3.2发信器结构 6.4收发器的技术指标 6.4.1噪声性能 6.4.2灵敏度 6.4.3失真特性与线性度 6.4.4动态范围 6.5射频电路设计 6.5.1晶体管模型与参数 6.5.2噪声 6.5.3集成无源器件 6.5.4低噪声放大器 6.5.5混频器 6.5.6频率综合器 6.5.7功率放大器 思考题 7CMOS集成电路制造工艺及版图设计 7.1集成电路制造工艺简介 7.1.1单晶生长与衬底制备 7.1.2光刻 7.1.3氧化 7.1.4扩散及离子注入 7.1.5化学气相淀积（CVD） 7.1.6接触与互连 7.2CMOS工艺流程与集成电路中的元件 7.2.1硅栅CMOS工艺流程 7.2.2CMOS集成电路中的无源元件 7.2.3CMOS集成电路中的寄生效应 7.3版图设计 7.3.1硅栅CMOS集成电路的版图构成 7.3.2版图设计规则 7.3.3CMOS版图设计技术 思考题
标签： 模拟集成电路
上传时间： 2013-11-13
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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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