摘要: 介紹了時(shí)鐘分相技術(shù)并討論了時(shí)鐘分相技術(shù)在高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的作用。 關(guān)鍵詞: 時(shí)鐘分相技術(shù); 應(yīng)用 中圖分類號: TN 79 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號: 025820934 (2000) 0620437203 時(shí)鐘是高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一, 系統(tǒng)時(shí)鐘的性能好壞, 直接影響了整個(gè)電路的 性能。尤其現(xiàn)代電子系統(tǒng)對性能的越來越高的要求, 迫使我們集中更多的注意力在更高頻率、 更高精度的時(shí)鐘設(shè)計(jì)上面。但隨著系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的升高。我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)將面臨一系列的問 題。 1) 時(shí)鐘的快速電平切換將給電路帶來的串?dāng)_(Crosstalk) 和其他的噪聲。 2) 高速的時(shí)鐘對電路板的設(shè)計(jì)提出了更高的要求: 我們應(yīng)引入傳輸線(T ransm ission L ine) 模型, 并在信號的匹配上有更多的考慮。 3) 在系統(tǒng)時(shí)鐘高于100MHz 的情況下, 應(yīng)使用高速芯片來達(dá)到所需的速度, 如ECL 芯 片, 但這種芯片一般功耗很大, 再加上匹配電阻增加的功耗, 使整個(gè)系統(tǒng)所需要的電流增大, 發(fā) 熱量增多, 對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和集成度有不利的影響。 4) 高頻時(shí)鐘相應(yīng)的電磁輻射(EM I) 比較嚴(yán)重。 所以在高速數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對高頻時(shí)鐘信號的處理應(yīng)格外慎重, 盡量減少電路中高頻信 號的成分, 這里介紹一種很好的解決方法, 即利用時(shí)鐘分相技術(shù), 以低頻的時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)高頻的處 理。 1 時(shí)鐘分相技術(shù) 我們知道, 時(shí)鐘信號的一個(gè)周期按相位來分, 可以分為360°。所謂時(shí)鐘分相技術(shù), 就是把 時(shí)鐘周期的多個(gè)相位都加以利用, 以達(dá)到更高的時(shí)間分辨。在通常的設(shè)計(jì)中, 我們只用到時(shí)鐘 的上升沿(0 相位) , 如果把時(shí)鐘的下降沿(180°相位) 也加以利用, 系統(tǒng)的時(shí)間分辨能力就可以 提高一倍(如圖1a 所示)。同理, 將時(shí)鐘分為4 個(gè)相位(0°、90°、180°和270°) , 系統(tǒng)的時(shí)間分辨就 可以提高為原來的4 倍(如圖1b 所示)。 以前也有人嘗試過用專門的延遲線或邏輯門延時(shí)來達(dá)到時(shí)鐘分相的目的。用這種方法產(chǎn)生的相位差不夠準(zhǔn)確, 而且引起的時(shí)間偏移(Skew ) 和抖動(dòng) (J itters) 比較大, 無法實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)間分辨。 近年來半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展, 使高質(zhì)量的分相功能在一 片芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)成為可能, 如AMCC 公司的S4405, CY2 PRESS 公司的CY9901 和CY9911, 都是性能優(yōu)異的時(shí)鐘 芯片。這些芯片的出現(xiàn), 大大促進(jìn)了時(shí)鐘分相技術(shù)在實(shí)際電 路中的應(yīng)用。我們在這方面作了一些嘗試性的工作: 要獲得 良好的時(shí)間性能, 必須確保分相時(shí)鐘的Skew 和J itters 都 比較小。因此在我們的設(shè)計(jì)中, 通常用一個(gè)低頻、高精度的 晶體作為時(shí)鐘源, 將這個(gè)低頻時(shí)鐘通過一個(gè)鎖相環(huán)(PLL ) , 獲得一個(gè)較高頻率的、比較純凈的時(shí)鐘, 對這個(gè)時(shí)鐘進(jìn)行分相, 就可獲得高穩(wěn)定、低抖動(dòng)的分 相時(shí)鐘。 這部分電路在實(shí)際運(yùn)用中獲得了很好的效果。下面以應(yīng)用的實(shí)例加以說明。2 應(yīng)用實(shí)例 2. 1 應(yīng)用在接入網(wǎng)中 在通訊系統(tǒng)中, 由于要減少傳輸 上的硬件開銷, 一般以串行模式傳輸 圖3 時(shí)鐘分為4 個(gè)相位 數(shù)據(jù), 與其同步的時(shí)鐘信號并不傳輸。 但本地接收到數(shù)據(jù)時(shí), 為了準(zhǔn)確地獲取 數(shù)據(jù), 必須得到數(shù)據(jù)時(shí)鐘, 即要獲取與數(shù) 據(jù)同步的時(shí)鐘信號。在接入網(wǎng)中, 數(shù)據(jù)傳 輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)如圖2 所示。 數(shù)據(jù)以68MBös 的速率傳輸, 即每 個(gè)bit 占有14. 7ns 的寬度, 在每個(gè)數(shù)據(jù) 幀的開頭有一個(gè)用于同步檢測的頭部信息。我們要找到與它同步性好的時(shí)鐘信號, 一般時(shí)間 分辨應(yīng)該達(dá)到1ö4 的時(shí)鐘周期。即14. 7ö 4≈ 3. 7ns, 這就是說, 系統(tǒng)時(shí)鐘頻率應(yīng)在300MHz 以 上, 在這種頻率下, 我們必須使用ECL inp s 芯片(ECL inp s 是ECL 芯片系列中速度最快的, 其 典型門延遲為340p s) , 如前所述, 這樣對整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來很多的困擾。 我們在這里使用鎖相環(huán)和時(shí)鐘分相技術(shù), 將一個(gè)16MHz 晶振作為時(shí)鐘源, 經(jīng)過鎖相環(huán) 89429 升頻得到68MHz 的時(shí)鐘, 再經(jīng)過分相芯片AMCCS4405 分成4 個(gè)相位, 如圖3 所示。 我們只要從4 個(gè)相位的68MHz 時(shí)鐘中選擇出與數(shù)據(jù)同步性最好的一個(gè)。選擇的依據(jù)是: 在每個(gè)數(shù)據(jù)幀的頭部(HEAD) 都有一個(gè)8bit 的KWD (KeyWord) (如圖1 所示) , 我們分別用 這4 個(gè)相位的時(shí)鐘去鎖存數(shù)據(jù), 如果經(jīng)某個(gè)時(shí)鐘鎖存后的數(shù)據(jù)在這個(gè)指定位置最先檢測出這 個(gè)KWD, 就認(rèn)為下一相位的時(shí)鐘與數(shù)據(jù)的同步性最好(相關(guān))。 根據(jù)這個(gè)判別原理, 我們設(shè)計(jì)了圖4 所示的時(shí)鐘分相選擇電路。 在板上通過鎖相環(huán)89429 和分相芯片S4405 獲得我們所要的68MHz 4 相時(shí)鐘: 用這4 個(gè) 時(shí)鐘分別將輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行移位, 將移位的數(shù)據(jù)與KWD 作比較, 若至少有7bit 符合, 則認(rèn)為檢 出了KWD。將4 路相關(guān)器的結(jié)果經(jīng)過優(yōu)先判選控制邏輯, 即可輸出同步性最好的時(shí)鐘。這里, 我們運(yùn)用AMCC 公司生產(chǎn)的 S4405 芯片, 對68MHz 的時(shí)鐘進(jìn)行了4 分 相, 成功地實(shí)現(xiàn)了同步時(shí)鐘的獲取, 這部分 電路目前已實(shí)際地應(yīng)用在某通訊系統(tǒng)的接 入網(wǎng)中。 2. 2 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用 高速、高精度的模擬- 數(shù)字變換 (ADC) 一直是高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵部 分。高速的ADC 價(jià)格昂貴, 而且系統(tǒng)設(shè)計(jì) 難度很高。以前就有人考慮使用多個(gè)低速 圖5 分相技術(shù)應(yīng)用于采集系統(tǒng) ADC 和時(shí)鐘分相, 用以替代高速的ADC, 但由 于時(shí)鐘分相電路產(chǎn)生的相位不準(zhǔn)確, 時(shí)鐘的 J itters 和Skew 比較大(如前述) , 容易產(chǎn)生較 大的孔徑晃動(dòng)(Aperture J itters) , 無法達(dá)到很 好的時(shí)間分辨。 現(xiàn)在使用時(shí)鐘分相芯片, 我們可以把分相 技術(shù)應(yīng)用在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中: 以4 分相后 圖6 分相技術(shù)提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集率 的80MHz 采樣時(shí)鐘分別作為ADC 的 轉(zhuǎn)換時(shí)鐘, 對模擬信號進(jìn)行采樣, 如圖5 所示。 在每一采集通道中, 輸入信號經(jīng)過 緩沖、調(diào)理, 送入ADC 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換, 采集到的數(shù)據(jù)寫入存儲器(M EM )。各個(gè) 采集通道采集的是同一信號, 不過采樣 點(diǎn)依次相差90°相位。通過存儲器中的數(shù) 據(jù)重組, 可以使系統(tǒng)時(shí)鐘為80MHz 的采 集系統(tǒng)達(dá)到320MHz 數(shù)據(jù)采集率(如圖6 所示)。 3 總結(jié) 靈活地運(yùn)用時(shí)鐘分相技術(shù), 可以有效地用低頻時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于高頻時(shí)鐘的時(shí)間性能, 并 避免了高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中一些問題, 降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。
標(biāo)簽： 時(shí)鐘 分相 技術(shù)應(yīng)用
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K60的AD采集程序
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微小信號采集電路的設(shè)計(jì)與研究
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雙T網(wǎng)絡(luò)
標(biāo)簽： 雙T網(wǎng)絡(luò)
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protel99se元件名系表
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技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1447-1993 信息技術(shù)設(shè)備用不間斷電源通用技術(shù)條件
標(biāo)簽： 1447 1993 GB 信息技術(shù)
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對於集成電路而言，汽車是一種苛刻的使用環(huán)境，這裡，引擎罩下的工作溫度範(fàn)圍可寬達(dá) -40°C 至 125°C，而且，在電池電壓總線上出現(xiàn)大瞬變偏移也是預(yù)料之中的事
標(biāo)簽： 集成 電流檢測 保護(hù) 汽車系統(tǒng)
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模塊電源的電氣性能是通過一系列測試來呈現(xiàn)的，下列為一般的功能性測試項(xiàng)目，詳細(xì)說明如下： 電源調(diào)整率(Line Regulation) 負(fù)載調(diào)整率(Load Regulation) 綜合調(diào)整率(Conmine Regulation) 輸出漣波及雜訊(Ripple & Noise) 輸入功率及效率(Input Power, Efficiency) 動(dòng)態(tài)負(fù)載或暫態(tài)負(fù)載(Dynamic or Transient Response) 起動(dòng)(Set-Up)及保持(Hold-Up)時(shí)間 常規(guī)功能(Functions)測試 1. 電源調(diào)整率 電源調(diào)整率的定義為電源供應(yīng)器于輸入電壓變化時(shí)提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。測試步驟如下：于待測電源供應(yīng)器以正常輸入電壓及負(fù)載狀況下熱機(jī)穩(wěn)定后，分別于低輸入電壓(Min)，正常輸入電壓(Normal)，及高輸入電壓(Max)下測量并記錄其輸出電壓值。 電源調(diào)整率通常以一正常之固定負(fù)載(Nominal Load)下，由輸入電壓變化所造成其輸出電壓偏差率(deviation)的百分比，如下列公式所示： [Vo(max)-Vo(min)] / Vo(normal) 2. 負(fù)載調(diào)整率 負(fù)載調(diào)整率的定義為開關(guān)電源于輸出負(fù)載電流變化時(shí)，提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。測試步驟如下：于待測電源供應(yīng)器以正常輸入電壓及負(fù)載狀況下熱機(jī)穩(wěn)定后，測量正常負(fù)載下之輸出電壓值，再分別于輕載(Min)、重載(Max)負(fù)載下，測量并記錄其輸出電壓值(分別為Vo(max)與Vo(min))，負(fù)載調(diào)整率通常以正常之固定輸入電壓下，由負(fù)載電流變化所造成其輸出電壓偏差率的百分比，如下列公式所示： [Vo(max)-Vo(min)] / Vo(normal) 3. 綜合調(diào)整率 綜合調(diào)整率的定義為電源供應(yīng)器于輸入電壓與輸出負(fù)載電流變化時(shí)，提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。這是電源調(diào)整率與負(fù)載調(diào)整率的綜合，此項(xiàng)測試系為上述電源調(diào)整率與負(fù)載調(diào)整率的綜合，可提供對電源供應(yīng)器于改變輸入電壓與負(fù)載狀況下更正確的性能驗(yàn)證。 綜合調(diào)整率用下列方式表示：于輸入電壓與輸出負(fù)載電流變化下，其輸出電壓之偏差量須于規(guī)定之上下限電壓范圍內(nèi)(即輸出電壓之上下限絕對值以內(nèi))或某一百分比界限內(nèi)。 4. 輸出雜訊 輸出雜訊(PARD)系指于輸入電壓與輸出負(fù)載電流均不變的情況下，其平均直流輸出電壓上的周期性與隨機(jī)性偏差量的電壓值。輸出雜訊是表示在經(jīng)過穩(wěn)壓及濾波后的直流輸出電壓上所有不需要的交流和噪聲部份(包含低頻之50/60Hz電源倍頻信號、高于20 KHz之高頻切換信號及其諧波，再與其它之隨機(jī)性信號所組成))，通常以mVp-p峰對峰值電壓為單位來表示。 一般的開關(guān)電源的規(guī)格均以輸出直流輸出電壓的1%以內(nèi)為輸出雜訊之規(guī)格，其頻寬為20Hz到20MHz。電源實(shí)際工作時(shí)最惡劣的狀況(如輸出負(fù)載電流最大、輸入電源電壓最低等)，若電源供應(yīng)器在惡劣環(huán)境狀況下，其輸出直流電壓加上雜訊后之輸出瞬時(shí)電壓，仍能夠維持穩(wěn)定的輸出電壓不超過輸出高低電壓界限情形，否則將可能會(huì)導(dǎo)致電源電壓超過或低于邏輯電路(如TTL電路)之承受電源電壓而誤動(dòng)作，進(jìn)一步造成死機(jī)現(xiàn)象。 同時(shí)測量電路必須有良好的隔離處理及阻抗匹配，為避免導(dǎo)線上產(chǎn)生不必要的干擾、振鈴和駐波，一般都采用雙同軸電纜并以50Ω于其端點(diǎn)上，并使用差動(dòng)式量測方法(可避免地回路之雜訊電流)，來獲得正確的測量結(jié)果。 5. 輸入功率與效率 電源供應(yīng)器的輸入功率之定義為以下之公式： True Power = Pav(watt) = Vrms x Arms x Power Factor 即為對一周期內(nèi)其輸入電壓與電流乘積之積分值，需注意的是Watt≠VrmsArms而是Watt=VrmsArmsxP.F.，其中P.F.為功率因素(Power Factor)，通常無功率因素校正電路電源供應(yīng)器的功率因素在0.6～0.7左右，其功率因素為1～0之間。 電源供應(yīng)器的效率之定義為為輸出直流功率之總和與輸入功率之比值。效率提供對電源供應(yīng)器正確工作的驗(yàn)證，若效率超過規(guī)定范圍，即表示設(shè)計(jì)或零件材料上有問題，效率太低時(shí)會(huì)導(dǎo)致散熱增加而影響其使用壽命。 6. 動(dòng)態(tài)負(fù)載或暫態(tài)負(fù)載 一個(gè)定電壓輸出的電源，于設(shè)計(jì)中具備反饋控制回路，能夠?qū)⑵漭敵鲭妷哼B續(xù)不斷地維持穩(wěn)定的輸出電壓。由于實(shí)際上反饋控制回路有一定的頻寬，因此限制了電源供應(yīng)器對負(fù)載電流變化時(shí)的反應(yīng)。若控制回路輸入與輸出之相移于增益(Unity Gain)為1時(shí)，超過180度，則電源供應(yīng)器之輸出便會(huì)呈現(xiàn)不穩(wěn)定、失控或振蕩之現(xiàn)象。實(shí)際上，電源供應(yīng)器工作時(shí)的負(fù)載電流也是動(dòng)態(tài)變化的，而不是始終維持不變(例如硬盤、軟驅(qū)、CPU或RAM動(dòng)作等)，因此動(dòng)態(tài)負(fù)載測試對電源供應(yīng)器而言是極為重要的。可編程序電子負(fù)載可用來模擬電源供應(yīng)器實(shí)際工作時(shí)最惡劣的負(fù)載情況，如負(fù)載電流迅速上升、下降之斜率、周期等，若電源供應(yīng)器在惡劣負(fù)載狀況下，仍能夠維持穩(wěn)定的輸出電壓不產(chǎn)生過高激(Overshoot)或過低(Undershoot)情形，否則會(huì)導(dǎo)致電源之輸出電壓超過負(fù)載組件(如TTL電路其輸出瞬時(shí)電壓應(yīng)介于4.75V至5.25V之間，才不致引起TTL邏輯電路之誤動(dòng)作)之承受電源電壓而誤動(dòng)作，進(jìn)一步造成死機(jī)現(xiàn)象。 7. 啟動(dòng)時(shí)間與保持時(shí)間 啟動(dòng)時(shí)間為電源供應(yīng)器從輸入接上電源起到其輸出電壓上升到穩(wěn)壓范圍內(nèi)為止的時(shí)間，以一輸出為5V的電源供應(yīng)器為例，啟動(dòng)時(shí)間為從電源開機(jī)起到輸出電壓達(dá)到4.75V為止的時(shí)間。 保持時(shí)間為電源供應(yīng)器從輸入切斷電源起到其輸出電壓下降到穩(wěn)壓范圍外為止的時(shí)間，以一輸出為5V的電源供應(yīng)器為例，保持時(shí)間為從關(guān)機(jī)起到輸出電壓低于4.75V為止的時(shí)間，一般值為17ms或20ms以上，以避免電力公司供電中于少了半周或一周之狀況下而受影響。 8. 其它 在電源具備一些特定保護(hù)功能的前提下，還需要進(jìn)行保護(hù)功能測試，如過電壓保護(hù)(OVP)測試、短路保護(hù)測試、過功保護(hù)等
標(biāo)簽： 模塊電源 參數(shù) 指標(biāo) 測試方法
上傳時(shí)間： 2013-10-22
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【摘要】電力直流系統(tǒng)是變電站安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，隨著變電站數(shù)字化、智能化程度的不斷提高，對站用電源的管理也提出了新的、更高的要求。而管理的的基礎(chǔ)，就是設(shè)備能準(zhǔn)確、高速的反應(yīng)當(dāng)前設(shè)備的電壓、電流、開關(guān)狀態(tài)等信息。做到設(shè)備不死機(jī)，不停機(jī)，干擾不誤報(bào)等。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，新器件的研制、生產(chǎn)周期的日益縮短。為了滿足工業(yè)自動(dòng)化，新技術(shù)、新器件不斷應(yīng)用到新產(chǎn)品中。模擬量采集包括直流電壓和電流。開關(guān)量采集包括開關(guān)的分合，繼電器的投入切除等。
標(biāo)簽： 電力直流系統(tǒng) 模擬量 開關(guān)量 采集
上傳時(shí)間： 2013-11-02
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為了實(shí)現(xiàn)對通信電源參數(shù)的現(xiàn)場采集，提出一種基于32位ARM嵌入式系統(tǒng)的通信電源參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并完成系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)硬件部分主要完成電源模擬參量的采集與處理，軟件部分采用Windows CE編程，能夠完成對通信電源的電壓、電流等基本參數(shù)的采集。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有應(yīng)用簡便、測量準(zhǔn)確的特點(diǎn)，滿足實(shí)際需求。
標(biāo)簽： 通信電源 參數(shù)采集 系統(tǒng)研究
上傳時(shí)間： 2013-10-24
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