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
上传用户：xg262122
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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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
上传用户：saharawalker
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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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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摘 要:能够实现抢答器功能的方式有多种,可以采用前期的模拟电路、数字电路或模拟与数字电路相结合的方式。近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断深入,同时带动传统控制检测日新月异更新。介绍一种利用微电脑芯片作为核心部件进行逻辑控制及信号产生的单片机技术和C语言编程设计的9路多功能智力竞赛抢答器。关键词:PLC;单片机;抢答器;设计
上传时间： 2013-11-15
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Cortex-M3 技术参考手册 Cortex-M3是一个32位的核，在传统的单片机领域中，有一些不同于通用32位CPU应用的要求。谭军举例说，在工控领域，用户要求具有更快的中断速度，Cortex-M3采用了Tail-Chaining中断技术，完全基于硬件进行中断处理，最多可减少12个时钟周期数，在实际应用中可减少70%中断。 单片机的另外一个特点是调试工具非常便宜，不象ARM的仿真器动辄几千上万。针对这个特点，Cortex-M3采用了新型的单线调试(Single Wire)技术，专门拿出一个引脚来做调试，从而节约了大笔的调试工具费用。同时，Cortex-M3中还集成了大部分存储器控制器，这样工程师可以直接在MCU外连接Flash，降低了设计难度和应用障碍。 ARM Cortex-M3处理器结合了多种突破性技术，令芯片供应商提供超低费用的芯片，仅33000门的内核性能可达1.2DMIPS/MHz。该处理器还集成了许多紧耦合系统外设，令系统能满足下一代产品的控制需求。ARM公司希望Cortex-M3核的推出，能帮助单片机厂商实. Cortex的优势应该在于低功耗、低成本、高性能3者(或2者)的结合。 Cortex如果能做到 合理的低功耗(肯定要比Arm7 & Arm9要低，但不大可能比430、PIC、AVR低) ＋ 合理的高性能(10~50MIPS是比较可能出现的范围) ＋ 适当的低成本(1~5$应该不会奇怪)。 简单的低成本不大可能比典型的8位MCU低。对于已经有8位MCU的厂商来说，比如Philips、Atmel、Freescale、Microchip还有ST和Silocon Lab，不大可能用Cortex来打自己的8位MCU。对于没有8位MCU的厂商来说，当然是另外一回事，但他们在国内进行推广的实力在短期内还不够。 对于已经有32位ARM的厂商来说，比如Philips、Atmel、ST，又不大可能用Cortex来打自己的Arm7/9，对他们来说，比较合理的定位把Cortex与Arm7/9错开，即<40MIPS的性能＋低于Arm7的价格，当然功耗也会更低些；当然这样做的结果很可能是，断了16位MCU的后路。 对于仍然在推广16位MCU的厂商来说，比如Freescal、Microchip，处境比较尴尬，因为Cortex基本上可以完全替代16位MCU。 所以，未来的1～2年，来自新厂商的Cortex比较值得期待－包括国内的供应商；对于已有32位ARM的厂商，情况比较有趣；对于16位MCU的厂商，反应比较有意思。 关于编程模式 Cortex－M3处理器采用ARMv7-M架构，它包括所有的16位Thumb指令集和基本的32位Thumb-2指令集架构，Cortex-M3处理器不能执行ARM指令集。 Thumb-2在Thumb指令集架构（ISA）上进行了大量的改进，它与Thumb相比，具有更高的代码密度并提供16/32位指令的更高性能。 关于工作模式 Cortex-M3处理器支持2种工作模式：线程模式和处理模式。在复位时处理器进入“线程模式”，异常返回时也会进入该模式，特权和用户（非特权）模式代码能够在“线程模式”下运行。 出现异常模式时处理器进入“处理模式”，在处理模式下，所有代码都是特权访问的。 关于工作状态 Coretx-M3处理器有2种工作状态。 Thumb状态：这是16位和32位“半字对齐”的Thumb和Thumb-2指令的执行状态。 调试状态：处理器停止并进行调试，进入该状态。
上传时间： 2013-12-04
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NXP半导体设计的LPC3000系列ARM芯片，适用于要求高性能和低功耗结合的嵌入式应用中。 NXP通过使用90纳米的处理技术，将一个带有矢量浮点协处理器的ARM926EJ-S CPU内核与一系列包括USB On-The-Go在内的标准外设结合起来，从而实现LPC3000的性能目标。LPC3000系列ARM可工作在高于266MHz的CPU频率下。ARM926EJ-S CPU内核加入5级流水处理并采用哈佛结构。该内核还具有一个完整的存储器管理单元（MMU），以提供支持现代操作系统多程序设计所需的虚拟存储器功能。ARM926EJ-S CPU内核还包含了带有单周期MAC操作的一系列DSP指令扩展，以及Jazelle Java字节代码执行。NXP实现的器件具有一个32kB指令高速缓存和32kB数据高速缓存。
上传时间： 2013-11-20
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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： 2013-11-14
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