H.264/AVC是由ITU和ISO兩大組織聯合組成的JVT共同制定的一項新的視頻壓縮技術標準，在較低帶寬上提供高質量的圖像傳輸是H.264/AVC的應用亮點。在同樣的視覺質量前提下，H.264/AVC比H.263和MPEG-4節約了50％的碼率。但H.264獲得優越性能的代價是計算復雜度的增加，據估計其編碼的計算復雜度大約為H.263的3倍，因此很難應用于實時視頻處理領域。針對這一現狀，業內做了大量的研究工作，力圖降低其計算復雜度和提高運行效率。比如在運動估計方面，國內外在這方面的研究已經很成熟。而針對幀內/幀間預測編碼的研究卻較少。因此研究預測模式的快速算法具有理論意義和應用價值。 本文在詳細研究H.264標準視頻壓縮編碼特點基礎上，分析了H.264幀內編碼, 幀間編碼及變換，量化技術的原理及特點，提出了一種基于局部邊緣方向信息的快速幀內模式判決算法，通過結合SAD的模式選擇方法來減少模式選擇數目。它采用了Sobel梯度算子計算當前塊的邊緣信息，累加當前塊中屬于同一方向像素點的邊緣矢量構造不同模式下的邊緣方向直方圖，以便確定最可能的預測模式。該算法有效降低了編碼器的運算復雜度，在并未顯著降低編碼性能的情況下提升了編碼器效率。仿真表明：Foreman 圖像序列編碼性能有了提高，其中PSNR平均降低了0.06dB，Bitrate平均降低了19.4％，這大大提高了視頻傳輸的質量。 另外在幀間預測模式選擇算法方面進行了改進研究：按順序對不同類型進行判決，有選擇地去比較可能模式，使得在有效減少需判決的模式數量的同時，結合小塊模式搜索中途停止準則來確定最優模式。仿真表明：改進算法相對與原來算法能夠節省很多的編碼時間（平均下降了49.3％），但帶來的圖像質星的下降（平均下降0.08dB,可以忽略）和碼率較少的增加。 同時在整數DCT變換模塊中，提出了一種快速蝶形算法，使得對4×4點數據做一次變換，只需通過8×8次加法和2×8次移位運算便可完成，與原來12×8次加法和4×8次移位相比，新算法大大降低了運算復雜度。 最后介紹FPGA的特點及設計流程，并實現了H.264編解碼器中變換編碼及量化和熵解碼模塊的硬件。這種基于FPGA所實現的H.264編碼視頻處理模塊設計具備了成本低，周期短，設計方法靈活等優點，具有廣闊的市場應用前景。 仿真表明，通過使用本文提出的幀內/幀間速算法方法可使得H.264編碼速度獲得顯著的提高，使H.264 Baseline編碼器能在PC平臺上實現實時編碼。
上傳時間： 2013-07-18
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現代通信系統對帶寬和數據速率的要求越來越高，超寬帶(ultra-wideband，UWB)通信以其傳輸速率高、空間容量大、成本低、功耗低的優點，成為解決企業、家庭、公共場所等高速因特網接入的需求與越來越擁擠的頻率資源分配之間的矛盾的技術手段。 論文主要圍繞兩方面展開分析：一是介紹用于UWB無載波脈沖調制及直接序列碼分多址調制(DS-CDMA)的新型脈沖，即Hermite正交脈沖，并且分析了這種構建UWB多元通信和多用戶通信的系統性能。二是分析了UWB的多帶頻分復用物理層提案(MBOA)的調制技術，并在FPGA上實現了調制模塊。正交Hermite脈沖集被提出用于UWB的M元雙正交調制系統，獲得高數據速率。調整脈沖的脈寬因子和中心頻率能使脈沖滿足FCC的頻譜要求。M元雙正交調制的接收機需要M/2個相關器，遠比M元正交調制所需的相關器數量少。誤碼率一定時，維數M的增加可獲得高的比特率和低的信噪比。雖然高階的Hermite脈沖易受抖動時延的影響，但當抖動時延范圍小于0.02ns時，其影響較為不明顯。本文認為1～8階的Hermite脈沖皆可用，可構成16元雙正交系統。 正交Hermite脈沖集也可以構造UWB多用戶系統。各用戶的信息用不同的Hermite脈沖同時傳輸，其多用戶的誤比特率上限低于高斯單脈沖構成的PPM多用戶系統的誤比特率，所以其系統性能更優。正交Hermite脈沖還可以用于UWB的DS-CDMA調制，在8個脈沖可用的情況下，最多可容64個用戶同時通信。 基于MBOA提出的UWB物理層協議，本文用Verilog硬件語言實現了調制與解調結構，并用Modelsim做了時序驗證。用Verilog編程實現的輸出數據與Matlab生成的UWB建模的輸出結果一致。為了達到UWBMB-OFDM系統的FFT處理器的要求，一個混和基多通道流水線的FFT算法結構被提出。其有效的實現方法也被提出。這種結構采用多通道以獲得高的數據吞吐量。此外，它用于存儲和復數乘法器的硬件損耗相比其他的FFT處理器是最少的。高基的FFT蝶算減少了復數乘法器的數量。在132MHz的工作頻率下，整個128點FFT變換在此結構模式下只需要242.4ns,滿足了MBOA的要求。
上傳時間： 2013-07-29
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隨著半導體工藝的飛速發展和芯片設計水平的不斷進步，ARM微處理器的性能得到大幅度地提高，同時其芯片的價格也在不斷下降，嵌入式系統以其獨有的優勢，己經廣泛地滲透到科學研究和日常生活的各個方面。 本文以ARM7 LPC2132處理器為核心，結合蓋革一彌勒計數管對Time-To-Count輻射測量方法進行研究。ARM結構是基于精簡指令集計算機(RISC)原理而設計的，其指令集和相關的譯碼機制比復雜指令集計算機要簡單得多，使用一個小的、廉價的ARM微處理器就可實現很高的指令吞吐量和實時的中斷響應。基于ARM7TDMI-S核的LPC2132微處理器，其工作頻率可達到60MHz，這對于Time-To-Count技術是非常有利的，而且利用LPC2132芯片的定時/計數器引腳捕獲功能，可以直接讀取TC中的計數值，也就是說不再需要調用中斷函數讀取TC值，從而大大降低了計數前雜質時間。本文是在我師兄呂軍的《Time-To-Count測量方法初步研究》基礎上，使用了高速的ARM芯片，對基于MCS-51的Time-To-Count輻射測量系統進行了改進，進一步論證了采用高速ARM處理器芯片可以極大的提高G-M計數器的測量范圍與測量精度。 首先，討論了傳統的蓋革-彌勒計數管探測射線強度的方法，并指出傳統的脈沖測量方法的不足。然后討論了什么是Time-To-Count測量方法，對Time-To-Count測量方法的理論基礎進行分析。指出Time-To-Count方法與傳統的脈沖計數方法的區別，以及采用Time-To-Count方法進行輻射測量的可行性。 接著，詳細論述基于ARM7 LPC2132處理器的Time-To-Count輻射測量儀的原理、功能、特點以及輻射測量儀的各部分接口電路設計及相關程序的編制。 最后得出結論，通過高速32位ARM處理器的使用，Time-To-Count輻射測量儀的精度和量程均得到很大的提高，對于Y射線總量測量，使用了ARM處理器的Time-To-Count輻射測量儀的量程約為20 u R/h到1R/h，數據線性程度也比以前的Time-To-CotJnt輻射測量儀要好。所以在使用Time-To-Count方法進行的輻射測量時，如何減少雜質時間以及如何提高計數前時間的測量精度，是決定Time-To-Count輻射測量儀性能的關鍵因素。實驗用三只相同型號的J33G-M計數管分別作為探測元件，在100U R/h到lR/h的輻射場中進行試驗.每個測量點測量5次取平均，得出隨著照射量率的增大，輻射強度R的測量值偏小且與輻射真實值之間的誤差也隨之增大。如果將測量誤差限定在10％的范圍內，則此儀器的量程范圍為20 u R/h至1R/h，量程跨度近六個數量級。而用J33型G-M計數管作常規的脈沖測量，量程范圍約為50 u R/h到5000 u R/h，充分體現了運用Time-To-Count方法測量輻射強度的優越性，也從另一個角度反應了隨著計數前時間的逐漸減小，雜質時間在其中的比重越來越大，對測量結果的影響也就越來越嚴重，盡可能的減小雜質時間在Time-To-Count方法輻射測量特別是測量高強度輻射中是關鍵的。筆者用示波器測出此輻射儀器的雜質時間約為6.5 u S，所以在計算定時器值的時候減去這個雜質時間，可以增加計數前時間的精確度。通過實驗得出，在標定儀器的K值時，應該在照射量率較低的條件下行，而測得的計數前時間是否精確則需要在照射量率較高的條件下通過儀器標定來檢驗。這是因為在照射量率較低時，計數前時間較大，雜質時間對測量結果的影響不明顯，數據線斜率較穩定，適宜于確定標定系數K值，而在照射量率較高時，計數前時間很小，雜質時間對測量結果的影響較大，可以明顯的在數據線上反映出來，從而可以很好的反應出儀器的性能與量程。實驗證明了Time-To-Count測量方法中最為關鍵的環節就是如何對計數前時間進行精確測量。經過對大量實驗數據的分析，得到計數前時間中的雜質時間可分為硬件雜質時間和軟件雜質時間，并以軟件雜質時間為主，通過對程序進行合理優化，軟件雜質時間可以通過程序的改進而減少，甚至可以用數學補償的方法來抵消，從而可以得到比較精確的計數前時間，以此得到較精確的輻射強度值。對于本輻射儀，用戶可以選擇不同的工作模式來進行測量，當輻射場較弱時，通常采用規定次數測量的方式，在輻射場較強時，應該選用定時測量的方式。因為，當輻射場較弱時，如果用規定次數測量的方式，會浪費很多時間來采集足夠的脈沖信號。當輻射場較強時，由于輻射粒子很多，產生脈沖的頻率就很高，規定次數的測量會加大測量誤差，當選用定時測量的方式時，由于時間的相對加長，所以記錄的粒子數就相對的增加，從而提高儀器的測量精度。通過調研國內外先進核輻射測量儀器的發展現狀，了解到了目前最新的核輻射總量測量技術一Time-To-Count理論及其應用情況。論證了該新技術的理論原理，根據此原理，結合高速處理器ARM7 LPC2132，對以G-計數管為探測元件的Time-To-Count輻射測量儀進行設計。論文以實驗的方法論證了Time-To-Count原理測量核輻射方法的科學性，該輻射儀的量程和精度均優于以前以脈沖計數為基礎理論的MCS-51核輻射測量儀。該輻射儀具有量程寬、精度高、易操作、用戶界面友好等優點。用戶可以定期的對儀器的標定，來減小由于電子元件的老化對低儀器性能參數造成的影響，通過Time-To-Count測量方法的使用，可以極大拓寬G-M計數管的量程。就儀器中使用的J33型G-M計數管而言，G-M計數管廠家參考線性測量范圍約為50 u R/h到5000 u R/h，而用了Time-To-Count測量方法后，結合高速微處理器ARM7 LPC2132，此核輻射測量儀的量程為20 u R/h至1R/h。在允許的誤差范圍內，核輻射儀的量程比以前基于MCS-51的輻射儀提高了近200倍，而且精度也比傳統的脈沖計數方法要高，測量結果的線性程度也比傳統的方法要好。G-M計數管的使用壽命被大大延長。 綜上所述，本文取得了如下成果：對國內外Time-To-Count方法的研究現狀進行分析，指出了Time-To-Count測量方法的基本原理，并對Time-T0-Count方法理論進行了分析，推導出了計數前時間和兩個相鄰輻射粒子時間間隔之間的關系，從數學的角度論證了Time-To-Count方法的科學性。詳細說明了基于ARM 7 LPC2132的Time-To-Count輻射測量儀的硬件設計、軟件編程的過程，通過高速微處理芯片LPC2132的使用，成功完成了對基于MCS-51單片機的Time-To-Count測量儀的改進。改進后的輻射儀器具有量程寬、精度高、易操作、用戶界面友好等特點。本論文根據實驗結果總結出了Time-To-Count技術中的幾點關鍵因素，如：處理器的頻率、計數前時間、雜質時間、采樣次數和測量時間等，重點分析了雜質時間的組成以及引入雜質時間的主要因素等，對國內核輻射測量儀的研究具有一定的指導意義。
標簽： TimeToCount ARM 輻射測量儀
上傳時間： 2013-06-24
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本文從總體方案、硬件電路、軟件程序、性能測試等幾個方面詳細地闡述了基于FPGA與USB2.0的數據采集系統。采集系統選用高采樣率低噪聲的12位AD轉換芯片進行AD轉換電路設計；借助頻率高、內部時延小的FPGA芯片實現USB固件并以此控制USB接口芯片，通過乒乓的方式對采樣數據進行緩存，提高了系統數據吞吐能力；運用USB2.0標準的接口芯片為整個采集系統提供USB的通信能力。采用集成度較高的FPGA芯片作為系統控制核心，降低了設計難度，提高了系統穩定性，同時還減小了設備體積。
上傳時間： 2013-04-24
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低密度校驗碼（LDPC，Low Density Parity Check Code）是一種性能接近香農極限的信道編碼，已被廣泛地采用到各種無線通信領域標準中，包括我國的數字電視地面傳輸標準、歐洲第二代衛星數字視頻廣播標準（DVB-S2，Digital Video Broadcasting-Satellite 2）、IEEE 802.11n、IEEE 802.16e等。它是3G乃至將來4G通信系統中的核心技術之一。 當今LDPC碼構造的主流方向有兩個，分別是結合準循環（QC，Quasi Cyclic）移位結構的單次擴展構造和類似重復累積（RA，Repeat Accumulate）碼構造。相應地，主要的LDPC碼編碼算法有基于生成矩陣的算法和基于迭代譯碼的算法。基于生成矩陣的編碼算法吞吐量高，但是需要較多的寄存器和ROM資源；基于迭代譯碼的編碼算法實現簡單，但是吞吐量不高，且不容易構造高性能的好碼。 本文在研究了上述幾種碼構造和編碼算法之后，結合編譯碼器綜合實現的復雜度考慮，提出了一種切實可行的基于二次擴展（Dex，Duplex Expansion）的QC-LDPC碼構造方法，以實現高吞吐量的LDPC碼收發端；并且充分利用該類碼校驗矩陣準循環移位結構的特點，結合RU算法，提出了一種新編碼器的設計方案。 基于二次擴展的QC-LDPC碼構造方法，是通過對母矩陣先后進行亂序擴展（Pex，Permutation Expansion）和循環移位擴展（CSEx，Cyclic Shift Expansion）實現的。在此基礎上，為了實現可變碼長、可變碼率，一般編譯碼器需同時支持多個亂序擴展和循環移位擴展的擴展因子。本文所述二次擴展構造方法的特點在于，固定循環移位擴展的擴展因子大小不變，支持多個亂序擴展的擴展因子，使得譯碼器結構得以精簡；構造得到的碼字具有近似規則碼的結構，便于硬件實現；（偽）隨機生成的循環移位系數能夠提高碼字的誤碼性能，是對硬件實現和誤碼性能的一種折中。 新編碼器在很大程度上考慮了資源的復用，使得實現復雜度近似與碼長成正比。考慮到吞吐量的要求，新編碼器結構完全拋棄了RU算法中串行的前向替換（FS，Forward Substitution）模塊，同時簡化了流水線結構，由原先RU算法的6級降低為4級；為了縮短編碼延時，設計時安排每一級流水線計算所需的時鐘數大致相同。 這種碼字構造和編碼聯合設計方案具有以下優勢：相比RU算法，新方案對可變碼長、可變碼率的支持更靈活，吞吐量也更大；相比基于生成矩陣的編碼算法，新方案節省了50％以上的寄存器和ROM資源，單位資源下的吞吐量更大；相比類似重復累積碼結構的基于迭代譯碼的編碼算法，新方案使高性能LDPC碼的構造更為方便。以上結果都在Xilinx Virtex II pro 70 FPGA上得到驗證。 通過在實驗板上實測表明，上述基于二次擴展的QC-LDPC碼構造和相應的編碼方案能夠實現高吞吐量LDPC碼收發端，在實際應用中具有很高的價值。 目前，LDPC碼正向著非規則、自適應、信源信道及調制聯合編碼方向發展。跨層聯合編碼的構造方法，及其對應的編碼算法，也必將成為信道編碼理論未來的研究重點。
上傳時間： 2013-07-26
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正交頻分復用技術(OFDM)是未來寬帶無線通信中的關鍵技術。隨著用戶對實時多媒體業務，高速移動業務需求的迅速增加，OFDM由于其頻譜效率高，抗多徑效應能力強，抗干擾性能好等特點，該技術正得到了廣泛的應用。 OFDM系統的子載波之間必須保持嚴格的正交性，因此對符號定時和載波頻偏非常敏感。本課題的主要任務是分析各種算法的性能的優劣，選取合適的算法進行FPGA的實現。 本文首先簡要介紹了無線信道的傳輸特性和OFDM系統的基本原理，進而對符號同步和載波同步對接收信號的影響做了分析。然后對比了非數據輔助式同步算法和數據輔助式同步算法的不同特點，決定采用數據輔助式同步算法來解決基于IEEE 802.16-2004協議的突發傳輸系統的同步問題。最后部分進行了算法的實現和仿真，所有實現的仿真均在QuartusⅡ下按照IEEE 802.16-2004協議的符號和前導字的結構進行。 本文的主要工作：(1)采用自相關和互相關聯合檢測算法同時完成幀到達檢測和符號同步估計，只用接收數據的符號位做相關運算，有效地解決了判決門限需要變化的問題，同時也減少了資源的消耗；(2)在時域分數倍頻偏估計時，利用基于流水線結構的Cordic模塊計算長前導字共軛相乘后的相角，求出分數倍頻偏的估計值；(3)采用滑動窗口相關求和的方法估計整數倍頻偏值，在此只用頻域數據的符號位做相關運算，有效地解決了傳統算法估計速度慢的缺點，同時也減少了資源的消耗。
上傳時間： 2013-05-23
上傳用戶：宋桃子
由于其很強的糾錯性能和適合硬件實現的編譯碼算法，卷積編碼和軟判決維特比譯碼目前已經廣泛應用于衛星通信系統。然而隨著航天事業的發展，衛星有效載荷種類的增多和分辨率的不斷提高，信息量越來越大。如何在低信噪比的功率受限信道條件下提高傳輸速率成為目前亟待解決的問題。本論文結合在研項目，在編譯碼算法、編譯碼器的設計與實現、編譯碼器性能提高三個方面對卷積編碼和維特比譯碼進行了深入研究，并進一步介紹了使用VHDL語言和原理圖混合輸入的方式，實現一種(7,3/4)增信刪余方式的高速卷積編碼器和維特比譯碼器的詳細過程；然后將設計下載到XILINX的Virtex2 FPGA內部進行功能和時序確認，最終在整個數據傳輸系統中測試其性能。本文所實現的維特比譯碼器速率達160Mbps，遠遠高于目前國內此領域內的相關產品速率。 首先，論文具體介紹了卷積編碼和維特比譯碼的算法，研究卷積碼的各種參數(約束長度、生成多項式、碼率以及增信刪余等)對其譯碼性能的影響；針對項目需求，確定卷積編碼器的約束長度、生成多項式格式、碼率和相應的維特比譯碼器的回歸長度。 其次，論文介紹了編解碼器的軟、硬件設計和調試一根據已知條件，使用VHDL語言和原理圖混合輸入的方式設計卷積編碼和維特比譯碼的源代碼和原理圖，分別采用功能和電路級仿真，確定卷積編碼和維特比譯碼分別需要占用的資源，考慮卷積編碼器和維特比譯碼器的具體設計問題，包括編譯碼的基本結構，各個模塊的功能及實現策略，編譯碼器的時序、邏輯綜合等；根據軟件仿真結果，分別確定卷積編碼器和維特比譯碼器的接口、所需的FPGA器件選型和進行各自的印制板設計。利用卷積碼本身的特點，結合FPGA內部結構，采用并行卷積編碼和譯碼運算，設計出高速編譯碼器；對軟、硬件分別進行驗證和調試，并將驗證后的軟件下載到FPGA進行電路級調試。 最后，論文討論了卷積編碼和維特比譯碼的性能：利用已有的測試設備在整個數據傳輸系統中測試其性能(與沒有采用糾錯編碼的數傳系統進行比對)；在信道中加入高斯白噪聲，模擬高斯信道，進行誤碼率和信噪比測試。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：mingaili888
隨著人們對無線通信需求和質量的要求越來越高，無線通信設備的研發也變得越來越復雜，系統測試在整個設備研發過程中所占的比重也越來越大。為了能夠盡快縮短研發周期，測試人員需要在實驗室模擬出無線信道的各種傳播特性，以便對所設計的系統進行調試與測試。無線信道仿真器是進行無線通信系統硬件調試與測試不可或缺的儀器之一。 本文設計的無線信道仿真器是以Clarke信道模型為參考，采用基于Jakes模型的改進算法，使用Altera公司的StratixⅡ EP2S180模擬實現了頻率選擇性衰落信道。信道仿真器實現了四根天線數據的上行接收，每根天線由八條可分辨路徑，每條可分辨路徑由64個反射體構成，每根天線可分辨路徑和反射體的數目可以獨立配置。通過對每個反射體初始角度和初始相位的設置，并且保證反射體的角度和相位是均勻分布的隨機數，可以使得同一條路徑不同反射體之間的非相關特性，得到的多徑傳播信道是一個離散的廣義平穩非相關散射模型(WSSUS)。無線信道仿真器模擬了上行數據傳輸環境，上行數據由后臺產生后儲存在單板上的SDRAM中。啟動測試之后，上行數據在CPU的控制下通過信道仿真器，然后送達基帶處理板解調，最后測試數據的誤碼率和誤塊率，從而分析基站的上行接收性能。 首先，本文研究了3GPP TS 25.141協議中對通信設備測試的要求和無線信道自身的特點，完成了對無線信道仿真器系統設計方案的吸收和修改。 其次，針對FPGA內部資源結構，研究了信道仿真器FPGA實現過程中的困難和資源的消耗，進行了模塊劃分。主要完成了時延模塊、瑞利衰落模塊、背板接口模塊等的RTL級代碼的開發、仿真、綜合和板上調試；完成了FPGA和后臺軟件的聯合調試；完成了兩天線到四天線的改版工作，使FPGA內部的工作頻率翻了一倍，大幅降低了FPGA資源的消耗。 最后，在完成無線信道仿真器的硬件設計之后，對無線信道仿真器的測試根據3GPP TS 25.141 V6.13.0協議中的要求進行，即在數據誤塊率(BLER)一定的情況下，對不同信道傳播環境和不同傳輸業務下的信噪比(Eb/No)進行測試，單天線和多天線的測試結果符合協議中規定的信噪比(Eb/No)的要求。
上傳時間： 2013-04-24
上傳用戶：小楊高1
多抽樣率信號處理是現代信號處理理論的一個重要分支，在最近十幾年取得了巨大的發展，并在很多方面得到了成功的應用。本文分別從時域和頻域的角度深入分析了抽樣率變換的規律，并進一步研究了多抽樣率系統的高效實現理論和方案。多抽樣率系統需要通過濾波器來改善其性能。本文分析了一般濾波器設計的方法與理論，著重研究了積分梳狀濾波器和半帶濾波器這兩種多抽樣率濾波器，并根據多抽樣率信號處理的特點以及幾種高效濾波結構和濾波器，利用積分梳狀濾波器和半帶濾波器在FPGA上設計了2～256倍可編程抽取器。為了進一步分析多相結構在多抽樣率信號處理中的應用，使用多相結構設計了具有固定倍數的內插器。在論文的最后，詳細介紹了某型號雷達信號處理機的硬件設計及其FPGA設計。關鍵字：多抽樣率信號處理 抽取 內插 多相濾波 積分梳狀濾波器 半帶濾波器
上傳時間： 2013-06-12
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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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