摘要: 介紹了時鐘分相技術并討論了時鐘分相技術在高速數字電路設計中的作用。 關鍵詞: 時鐘分相技術; 應用 中圖分類號: TN 79 文獻標識碼:A 文章編號: 025820934 (2000) 0620437203 時鐘是高速數字電路設計的關鍵技術之一, 系統時鐘的性能好壞, 直接影響了整個電路的 性能。尤其現代電子系統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、 更高精度的時鐘設計上面。但隨著系統時鐘頻率的升高。我們的系統設計將面臨一系列的問 題。 1) 時鐘的快速電平切換將給電路帶來的串擾(Crosstalk) 和其他的噪聲。 2) 高速的時鐘對電路板的設計提出了更高的要求: 我們應引入傳輸線(T ransm ission L ine) 模型, 并在信號的匹配上有更多的考慮。 3) 在系統時鐘高于100MHz 的情況下, 應使用高速芯片來達到所需的速度, 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, 使整個系統所需要的電流增大, 發 熱量增多, 對系統的穩定性和集成度有不利的影響。 4) 高頻時鐘相應的電磁輻射(EM I) 比較嚴重。 所以在高速數字系統設計中對高頻時鐘信號的處理應格外慎重, 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, 即利用時鐘分相技術, 以低頻的時鐘實現高頻的處 理。 1 時鐘分相技術 我們知道, 時鐘信號的一個周期按相位來分, 可以分為360°。所謂時鐘分相技術, 就是把 時鐘周期的多個相位都加以利用, 以達到更高的時間分辨。在通常的設計中, 我們只用到時鐘 的上升沿(0 相位) , 如果把時鐘的下降沿(180°相位) 也加以利用, 系統的時間分辨能力就可以 提高一倍(如圖1a 所示)。同理, 將時鐘分為4 個相位(0°、90°、180°和270°) , 系統的時間分辨就 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來達到時鐘分相的目的。用這種方法產生的相位差不夠準確, 而且引起的時間偏移(Skew ) 和抖動 (J itters) 比較大, 無法實現高精度的時間分辨。 近年來半導體技術的發展, 使高質量的分相功能在一 片芯片內實現成為可能, 如AMCC 公司的S4405, CY2 PRESS 公司的CY9901 和CY9911, 都是性能優異的時鐘 芯片。這些芯片的出現, 大大促進了時鐘分相技術在實際電 路中的應用。我們在這方面作了一些嘗試性的工作: 要獲得 良好的時間性能, 必須確保分相時鐘的Skew 和J itters 都 比較小。因此在我們的設計中, 通常用一個低頻、高精度的 晶體作為時鐘源, 將這個低頻時鐘通過一個鎖相環(PLL ) , 獲得一個較高頻率的、比較純凈的時鐘, 對這個時鐘進行分相, 就可獲得高穩定、低抖動的分 相時鐘。 這部分電路在實際運用中獲得了很好的效果。下面以應用的實例加以說明。2 應用實例 2. 1 應用在接入網中 在通訊系統中, 由于要減少傳輸 上的硬件開銷, 一般以串行模式傳輸 圖3 時鐘分為4 個相位 數據, 與其同步的時鐘信號并不傳輸。 但本地接收到數據時, 為了準確地獲取 數據, 必須得到數據時鐘, 即要獲取與數 據同步的時鐘信號。在接入網中, 數據傳 輸的結構如圖2 所示。 數據以68MBös 的速率傳輸, 即每 個bit 占有14. 7ns 的寬度, 在每個數據 幀的開頭有一個用于同步檢測的頭部信息。我們要找到與它同步性好的時鐘信號, 一般時間 分辨應該達到1ö4 的時鐘周期。即14. 7ö 4≈ 3. 7ns, 這就是說, 系統時鐘頻率應在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, 這樣對整個系統設計帶來很多的困擾。 我們在這里使用鎖相環和時鐘分相技術, 將一個16MHz 晶振作為時鐘源, 經過鎖相環 89429 升頻得到68MHz 的時鐘, 再經過分相芯片AMCCS4405 分成4 個相位, 如圖3 所示。 我們只要從4 個相位的68MHz 時鐘中選擇出與數據同步性最好的一個。選擇的依據是: 在每個數據幀的頭部(HEAD) 都有一個8bit 的KWD (KeyWord) (如圖1 所示) , 我們分別用 這4 個相位的時鐘去鎖存數據, 如果經某個時鐘鎖存后的數據在這個指定位置最先檢測出這 個KWD, 就認為下一相位的時鐘與數據的同步性最好(相關)。 根據這個判別原理, 我們設計了圖4 所示的時鐘分相選擇電路。 在板上通過鎖相環89429 和分相芯片S4405 獲得我們所要的68MHz 4 相時鐘: 用這4 個 時鐘分別將輸入數據進行移位, 將移位的數據與KWD 作比較, 若至少有7bit 符合, 則認為檢 出了KWD。將4 路相關器的結果經過優先判選控制邏輯, 即可輸出同步性最好的時鐘。這里, 我們運用AMCC 公司生產的 S4405 芯片, 對68MHz 的時鐘進行了4 分 相, 成功地實現了同步時鐘的獲取, 這部分 電路目前已實際地應用在某通訊系統的接 入網中。 2. 2 高速數據采集系統中的應用 高速、高精度的模擬- 數字變換 (ADC) 一直是高速數據采集系統的關鍵部 分。高速的ADC 價格昂貴, 而且系統設計 難度很高。以前就有人考慮使用多個低速 圖5 分相技術應用于采集系統 ADC 和時鐘分相, 用以替代高速的ADC, 但由 于時鐘分相電路產生的相位不準確, 時鐘的 J itters 和Skew 比較大(如前述) , 容易產生較 大的孔徑晃動(Aperture J itters) , 無法達到很 好的時間分辨。 現在使用時鐘分相芯片, 我們可以把分相 技術應用在高速數據采集系統中: 以4 分相后 圖6 分相技術提高系統的數據采集率 的80MHz 采樣時鐘分別作為ADC 的 轉換時鐘, 對模擬信號進行采樣, 如圖5 所示。 在每一采集通道中, 輸入信號經過 緩沖、調理, 送入ADC 進行模數轉換, 采集到的數據寫入存儲器(M EM )。各個 采集通道采集的是同一信號, 不過采樣 點依次相差90°相位。通過存儲器中的數 據重組, 可以使系統時鐘為80MHz 的采 集系統達到320MHz 數據采集率(如圖6 所示)。 3 總結 靈活地運用時鐘分相技術, 可以有效地用低頻時鐘實現相當于高頻時鐘的時間性能, 并 避免了高速數字電路設計中一些問題, 降低了系統設計的難度。
上傳時間： 2013-12-17
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第一章 基 礎 知 識由電阻、電容、電感等集中參數元件組成的電路稱為集中電路。1.1 電路與電路模型1.2 電路分析的基本變量1.3 電阻元件和獨立電源元件1.4 基爾霍夫定律1.5 受 控 源1.6 兩類約束和KCL，KVL方程的獨立性1.1 電路與電路模型1.電路2.電路的形式與功能 電路的功能基本上可以分成兩大類。一類是用來實現電能的轉換、傳輸和分配。電路的另一類功能則是在信息網絡中，用來傳遞、儲存、加工和處理各種電信號。 圖1-2所示的是通信網的基本組成框圖。通常把輸入電路的信號稱為激勵，而把經過電路傳輸或處理后的信號稱為響應。 3.電路模型與集中電路 構成電路的設備和器件統稱為電路部件，常用的電路部件有電池、發電機、信號發生器、電阻器、電容器、電感線圈、變壓器、晶體管及集成電路等。 基本的電路參數有3個，即電阻、電容和電感。 基本的集中參數元件有電阻元件、電感元件和電容元件，分別用圖1-3(a)，(b)和(c)來表示。
上傳時間： 2013-10-20
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2-1 何謂測量放大電路？對其基本要求是什么？ 在測量控制系統中，用來放大傳感器輸出的微弱電壓，電流或電荷信號的放大電路稱為測量放大電路，亦稱儀用放大電路。對其基本要求是：①輸入阻抗應與傳感器輸出阻抗相匹配；②一定的放大倍數和穩定的增益；③低噪聲；④低的輸入失調電壓和輸入失調電流以及低的漂移；⑤足夠的帶寬和轉換速率（無畸變的放大瞬態信號）；⑥高輸入共模范圍（如達幾百伏）和高共模抑制比；⑦可調的閉環增益；⑧線性好、精度高；⑨成本低。 2-2 圖2-2a所示斬波穩零放大電路中，為什么采用高、低頻兩個通道，即R3、C3組成的高頻通道和調制、解調、交流放大器組成的低頻通道？ 采用高頻通道是為了使斬波穩零放大電路能在較寬的頻率范圍內工作，而采用低頻通道則能對微弱的直流或緩慢變化的信號進行低漂移和高精度的放大。 2-3 請參照圖2-3，根據手冊中LF347和CD4066的連接圖（即引腳圖），將集成運算放大器LF347和集成模擬開關CD4066接成自動調零放大電路。 LF347和CD4066接成的自動調零放大電路如圖X2-1。
標簽： 信號放大電路
上傳時間： 2013-10-09
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開關在電路中起接通信號或斷開信號的作用。最常見的可控開關是繼電器，當給驅動繼電器的驅動電路加高電平或低電平時，繼電器就吸合或釋放，其觸點接通或斷開電路。CMOS模擬開關是一種可控開關，它不象繼電器那樣可以用在大電流、高電壓場合，只適于處理幅度不超過其工作電壓、電流較小的模擬或數字信號。 一、常用CMOS模擬開關引腳功能和工作原理 1.四雙向模擬開關CD4066 CD4066 的引腳功能如圖1所示。每個封裝內部有4個獨立的模擬開關，每個模擬開關有輸入、輸出、控制三個端子，其中輸入端和輸出端可互換。當控制端加高電平時，開關導通；當控制端加低電平時開關截止。模擬開關導通時，導通電阻為幾十歐姆；模擬開關截止時，呈現很高的阻抗，可以看成為開路。模擬開關可傳輸數字信號和模擬信號，可傳輸的模擬信號的上限頻率為40MHz。各開關間的串擾很小，典型值為－50dB。
上傳時間： 2013-10-27
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由于電磁兼容的迫切要求，電磁干擾(EMI)抑制元件獲得了廣泛的應用。然而實際應用中的電磁兼容問題十分復雜，單單依靠理論知識是完全不夠的，它更依賴于廣大電子工程師的實際經驗。為了更好地解決電子產品的電磁兼容性這一問題，還要考慮接地、 電路與PCB板設計、電纜設計、屏蔽設計等問題[1][2]。本文通過介紹磁珠的基本原理和特性來說明它在開關電源電磁兼容設計中的重要性與應用，以期為設計者在設計新產品時提供必要的參考。 2 磁珠及其工作原理 磁珠的主要原料為鐵氧體，鐵氧體是一種立方晶格結構的亞鐵磁性材料，鐵氧體材料為鐵鎂合金或鐵鎳合金，它的制造工藝和機械性能與陶瓷相似，顏色為灰黑色。電磁干擾濾波器中經常使用的一類磁芯就是鐵氧體材料，許多廠商都提供專門用于電磁干擾抑制的鐵氧體材料。這種材料的特點是高頻損耗非常大，具有很高的導磁率，它可以使電感的線圈繞組之間在高頻高阻的情況下產生的電容最小。鐵氧體材料通常應用于高頻情況，因為在低頻時它們主要呈現電感特性，使得損耗很小。在高頻情況下，它們主要呈現電抗特性并且隨頻率改變。實際應用中，鐵氧體材料是作為射頻電路的高 頻衰減器使用的。實際上，鐵氧體可以較好的等效于電阻以及電感的并聯，低頻下電阻被電感短路，高頻下電感阻抗變得相當高，以至于電流全部通過電阻。鐵氧體是一個消耗裝置，高頻能量在上面轉化為熱能，這是由它的電阻特性決定的。 對于抑制電磁干擾用的鐵氧體，最重要的性能參數為磁導率和飽和磁通密度。磁導率可以表示為復數，實數部分構成電感，虛數部分代表損耗，隨著頻率的增加而增加。因此它的等效電路為由電感L和電阻R組成的串聯電路，如圖1所示，電感L和電阻R都是頻率的函數。當導線穿過這種鐵氧體磁芯時，所構成的電感阻抗在形式上是隨著頻率的升高而增加，但是在不同頻率時其機理是完全不同的。
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上傳時間： 2013-11-19
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在VFB運算放大器的反饋環路中使用一個電容是非常常見的做法，其目的是影響頻率響應，就如在簡單的單極點低通濾波器中一樣，如下面的圖1所示。結果將噪聲增益繪制成了一幅波特圖，用于分析穩定性和相位裕量
上傳時間： 2013-10-29
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PCB Layout Rule Rev1.70, 規範內容如附件所示, 其中分為: (1) ”PCB LAYOUT 基本規範”:為R&D Layout時必須遵守的事項, 否則SMT,DIP,裁板時無法生產. (2) “錫偷LAYOUT RULE建議規範”: 加適合的錫偷可降低短路及錫球. (3) “PCB LAYOUT 建議規範”:為製造單位為提高量產良率,建議R&D在design階段即加入PCB Layout. (4) ”零件選用建議規範”: Connector零件在未來應用逐漸廣泛, 又是SMT生產時是偏移及置件不良的主因,故製造希望R&D及採購在購買異形零件時能顧慮製造的需求, 提高自動置件的比例.
上傳時間： 2013-10-28
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PCB布線設計－模擬和數字布線的異同工程領域中的數字設計人員和數字電路板設計專家在不斷增加，這反映了行業的發展趨勢。盡管對數字設計的重視帶來了電子產品的重大發展，但仍然存在，而且還會一直存在一部分與 模擬 或現實環境接口的電路設計。模擬和數字領域的布線策略有一些類似之處，但要獲得更好的工程領域中的數字設計人員和數字電路板設計專家在不斷增加，這反映了行業的發展趨勢。盡管對數字設計的重視帶來了電子產品的重大發展，但仍然存在，而且還會一直存在一部分與模擬或現實環境接口的電路設計。模擬和數字領域的布線策略有一些類似之處，但要獲得更好的結果時，由于其布線策略不同，簡單電路布線設計就不再是最優方案了。本文就旁路電容、電源、地線設計、電壓誤差和由PCB布線引起的電磁干擾(EMI)等幾個方面，討論模擬和數字布線的基本相似之處及差別。模擬和數字布線策略的相似之處旁路或去耦電容在布線時，模擬器件和數字器件都需要這些類型的電容，都需要靠近其電源引腳連接一個電容，此電容值通常為0.1mF。系統供電電源側需要另一類電容，通常此電容值大約為10mF。這些電容的位置如圖1所示。電容取值范圍為推薦值的1/10至10倍之間。但引腳須較短，且要盡量靠近器件(對于0.1mF電容)或供電電源(對于10mF電容)。在電路板上加旁路或去耦電容，以及這些電容在板上的位置，對于數字和模擬設計來說都屬于常識。但有趣的是，其原因卻有所不同。在模擬布線設計中，旁路電容通常用于旁路電源上的高頻信號，如果不加旁路電容，這些高頻信號可能通過電源引腳進入敏感的模擬芯片。一般來說，這些高頻信號的頻率超出模擬器件抑制高頻信號的能力。如果在模擬電路中不使用旁路電容的話，就可能在信號路徑上引入噪聲，更嚴重的情況甚至會引起振動。
上傳時間： 2013-11-03
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探索雙層板布線技藝電池供電產品的競爭市場中，考慮目標成本相對的重要。多層板解決方案更是工程師在設計時必需的重要考慮。本文將探討雙層板的布線方式，使用自動布線與手工布線來做模擬與混合信號電路布線的差別，如何安排接地回路等。以電池供電產品之高度競爭市場中，當考慮目標成本時總是要求設計者在設計中使用雙層電路板。雖然多層板（四層、六層以及八層）的解決方式無論在尺寸、噪聲，以及性能上都可以做得更好，但成本壓力迫使工程師必須盡量使用雙層板。在本文中將討論使用或不用自動布線、有或沒有接地面的電流返回路徑的概念，以及關于雙層板零件的布置方式。使用自動布線器來設計印刷電路板（PCB）是吸引人的。大多數的情形下，自動布線對純數字的電路（尤其是低頻率信號且低密度的電路）的動作不至于會有問題。但當嘗試使用布線軟件提供的自動布線工具做模擬、混合訊號或高速電路的布線時，可能會出現一些問題，而且有可能造成極嚴重的電路性能問題。例如，(圖一)所示為雙層板自動走線的上層，(圖二)為電路板的下層。對混合訊號電路的布線而言，各種裝置都是經過周詳的考慮后才以人工方式將零件放置到板子上并將數字與模擬裝置隔開。
上傳時間： 2014-12-24
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數字地模擬地的布線規則,如何降低數字信號和模擬信號間的相互干擾呢？在設計之前必須了解電磁兼容(EMC)的兩個基本原則：第一個原則是盡可能減小電流環路的面積；第二個原則是系統只采用一個參考面。相反，如果系統存在兩個參考面，就可能形成一個偶極天線(注：小型偶極天線的輻射大小與線的長度、流過的電流大小以及頻率成正比)；而如果信號不能通過盡可能小的環路返回，就可能形成一個大的環狀天線(注：小型環狀天線的輻射大小與環路面積、流過環路的電流大小以及頻率的平方成正比)。在設計中要盡可能避免這兩種情況。 有人建議將混合信號電路板上的數字地和模擬地分割開，這樣能實現數字地和模擬地之間的隔離。盡管這種方法可行，但是存在很多潛在的問題，在復雜的大型系統中問題尤其突出。最關鍵的問題是不能跨越分割間隙布線，一旦跨越了分割間隙布線，電磁輻射和信號串擾都會急劇增加。在PCB設計中最常見的問題就是信號線跨越分割地或電源而產生EMI問題。 如圖1所示，我們采用上述分割方法，而且信號線跨越了兩個地之間的間隙，信號電流的返回路徑是什么呢？假定被分割的兩個地在某處連接在一起(通常情況下是在某個位置單點連接)，在這種情況下，地電流將會形成一個大的環路。流經大環路的高頻電流會產生輻射和很高的地電感，如果流過大環路的是低電平模擬電流，該電流很容易受到外部信號干擾。最糟糕的是當把分割地在電源處連接在一起時，將形成一個非常大的電流環路。另外，模擬地和數字地通過一個長導線連接在一起會構成偶極天線。
上傳時間： 2013-10-23
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