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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在数字设备的设计中，功耗、速度和封装是我们主要考虑的3个问题，每位设计者都希望功耗最低、速度最快并且封装最小最便宜，但是实际上，这是不可能的。我们经常是从各种型号规格的逻辑芯片中选择我们需要的，可是这些并不是适合各种场合的各种需要。当一种明显优于原来产品的新的技术产生的时候，用户还是会提出各方面设计的不同需求，因此所有的逻辑系列产品实际上都是功耗、速度与封装的一种折中产品，当然所有的厂家都在努力的使自己的产品最好。下面可以看一个叫做金属弹性继电器的比较老的数字技术的发展过程，就可以看到这些不同的要求的折中是如何实现的，金属弹性继电器是在逻辑设备中电子管产生之前的最好的（也是最后的）一代产品。
上传时间： 2013-12-26
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电路板级的电磁兼容设计:本应用文档从元件选择、电路设计和印制电路板的布线等几个方面讨论了电路板级的电磁兼容性（EMC）设计。本文从以下几个部分进行论述：第一部分：电磁兼容性的概述第二部分：元件选择和电路设计技术第三部分：印制电路板的布线技术附录A：电磁兼容性的术语附录B：抗干扰的测量标准第一部分 — 电磁干扰和兼容性的概述电磁干扰是现代电路工业面对的一个主要问题。为了克服干扰，电路设计者不得不移走干扰源，或设法保护电路不受干扰。其目的都是为了使电路按照预期的目标来工作——即达到电磁兼容性。通常，仅仅实现板级的电磁兼容性这还不够。虽然电路是在板级工作的，但是它会对系统的其它部分辐射出噪声，从而产生系统级的问题。另外，系统级或是设备级的电磁兼容性必须要满足某种辐射标准，这样才不会影响其他设备或装置的正常工作。许多发达国家对电子设备和仪器有严格的电磁兼容性标准；为了适应这个要求，设计者必须从板级设计开始就考虑抑制电子干扰。
上传时间： 2013-10-12
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针对高速嵌入式系统对自动调节输出电压的电源系统的需求，本文采用PMBus总线为电源芯片之间，电源芯片和控制器之间的通信提供标准，通过重点分析基于PMBus总线的数字可编程电源的内部结构和电压识别的技术实现方法，设计了一支持电压识别（VID）技术的带两路独立电压输出的数字可编程电源系统。经PMBus总线进行配置后，该电源系统可以满足高速嵌入式系统的多种电压需求，取得了良好的效果。
上传时间： 2013-10-16
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电子、电气产品的设计，必须保证在一定的电磁环境中能正常工作，既满足标准规定的抗干扰极限值要求，在受到一定的电磁干扰时，无性能降级或故障；又要满足标准规定的电磁辐射极限值的要求，对电磁环境不构成污染。所以，产品设计之初，就要从分析产品预期的电磁环境、干扰源、耦合途径和敏感部件入手，采用相应的技术措施，抑制干扰源、切断或削弱耦合途径，增强敏感部件的抗干扰能力等。文中详细介绍了一款485通讯隔离产品从辐射超标到顺利通过FCC CLASS B认证，在原理设计、PCB制板等多方面所做的各项改进措施。文中所提到的方法及规则，对产品EMC设计具有很大的参考及指导意义。
上传时间： 2013-10-24
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38V/100A可直接并联大功率AC/DC变换器 随着电力电子技术的发展，电源技术被广泛应用于计算机、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济各行各业。特别是近年来，随着IGBT的广泛应用，开关电源向更大功率方向发展。研制各种各样的大功率，高性能的开关电源成为趋势。某电源系统要求输入电压为AC220V，输出电压为DC38V，输出电流为100A，输出电压低纹波，功率因数>0.9，必要时多台电源可以直接并联使用，并联时的负载不均衡度<5％。 设计采用了AC/DC/AC/DC变换方案。一次整流后的直流电压，经过有源功率因数校正环节以提高系统的功率因数，再经半桥变换电路逆变后，由高频变压器隔离降压，最后整流输出直流电压。系统的主要环节有DC/DC电路、功率因数校正电路、PWM控制电路、均流电路和保护电路等。 1 有源功率因数校正环节 由于系统的功率因数要求0.9以上，采用二极管整流是不能满足要求的，所以，加入了有源功率因数校正环节。采用UC3854A/B控制芯片来组成功率因数电路。UC3854A/B是Unitrode公司一种新的高功率因数校正器集成控制电路芯片，是在UC3854基础上的改进。其特点是：采用平均电流控制，功率因数接近1，高带宽，限制电网电流失真≤3％[1]。图1是由UC3854A/B控制的有源功率因数校正电路。 该电路由两部分组成。UC3854A/B及外围元器件构成控制部分，实现对网侧输入电流和输出电压的控制。功率部分由L2，C5，V等元器件构成Boost升压电路。开关管V选择西门康公司的SKM75GB123D模块，其工作频率选在35kHz。升压电感L2为2mH/20A。C5采用四个450V/470μF的电解电容并联。因为，设计的PFC电路主要是用在大功率DC/DC电路中，所以，在负载轻的时候不进行功率因数校正，当负载较大时功率因数校正电路自动投入使用。此部分控制由图1中的比较器部分来实现。R10及R11是负载检测电阻。当负载较轻时，R10及R11上检测的信号输入给比较器，使其输出端为低电平，D2导通，给ENA(使能端)低电平使UC3854A/B封锁。在负载较大时ENA为高电平才让UC3854A/B工作。D3接到SS（软启动端），在负载轻时D3导通，使SS为低电平；当负载增大要求UC3854A/B工作时，SS端电位从零缓慢升高，控制输出脉冲占空比慢慢增大实现软启动。 2 DC/DC主电路及控制部分分析 2.1 DC/DC主电路拓扑 在大功率高频开关电源中，常用的主变换电路有推挽电路、半桥电路、全桥电路等[2]。其中推挽电路的开关器件少，输出功率大，但开关管承受电压高（为电源电压的2倍），且变压器有六个抽头，结构复杂；全桥电路开关管承受的电压不高，输出功率大，但是需要的开关器件多（4个），驱动电路复杂。半桥电路开关管承受的电压低，开关器件少，驱动简单。根据对各种拓扑方案的工程化实现难度，电气性能以及成本等指标的综合比较，本电源选用半桥式DC/DC变换器作为主电路。图2为大功率开关电源的主电路拓扑图。
上传时间： 2013-11-13
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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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随着电子技术的飞速发展，基于数字技术、单片机控制技术及EDA技术的混合设计方法给数字系统自动化设计、计算机硬件系统设计带来了革命性变革。业界对该领域的专业人才需求与日俱增，这对各高等院校人才培养提出了新的挑战。 我公司作为高新技术产业开发企业,多年来和全国各高校保持教学和科研的紧密联系,结合高校为本科生开设数字逻辑电路、单片机及数字系统设计自动化课程教学实践，设计了面向理工科学生使用的多功能数字逻辑电路、单片机及EDA仿真/教学综合实验系统。使学校以最小的经费投入，取得最大的教学效果。采用该实验系统，通过理论教学与实验环节的实施，可使学生正确理解数字逻辑电路、单片机及EDA技术的基本概念、基本原理，掌握这些课程之间的内在相互关系及混合设计的基本方法，使学生由浅入深地逐步掌握综合运用数字逻辑芯片及单片机的软、硬件技术及EDA技术分析设计实际问题的能力，为工业生产、科学研究和实验设备等领域的数字逻辑、单片机及EDA应用和开发打下良好的基础，该实验箱内容的实验实践也是进一步学习计算机原理和有关接口知识等相关课程的重要环节。
上传时间： 2013-11-23
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一、课程性质和任务 1．课程性质 《单片机课程设计》是电气、电子、机电、数控、制冷等大类专业重要的综合性基础性实践教学课程。 2．课程任务 通过《单片机课程设计》，结合已学课程“数字电子技术”、“电机与拖动”等相关教学内容，，使学生具备初步的单片机硬件设计、软件开发能力。
上传时间： 2013-11-01
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本文介绍了利用EDA技术设计出与MCS-51系列微处理器指令集完全兼容的8位嵌入式微处理器芯片的IP核,并经过验证获得了满意的效果。
上传时间： 2013-10-28
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