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(hào): TN 79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào): 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(duì)性能的越來(lái)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(wèn)
題。
1) 時(shí)鐘的快速電平切換將給電路帶來(lái)的串?dāng)_(Crosstalk) 和其他的噪聲。
2) 高速的時(shí)鐘對(duì)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(hào)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(lái)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(duì)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(duì)高頻時(shí)鐘信號(hào)的處理應(yīng)格外慎重, 盡量減少電路中高頻信
號(hào)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(hào)的一個(gè)周期按相位來(lái)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(lái)的4 倍(如圖1b 所示)。
以前也有人嘗試過(guò)用專門的延遲線或邏輯門延時(shí)來(lái)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(wú)法實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)間分辨。
近年來(lái)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?cè)谶@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(guò)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(duì)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(shuō)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(hào)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(hào)。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(cè)的頭部信息。我們要找到與它同步性好的時(shí)鐘信號(hào), 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(shuō), 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(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)很多的困擾。
我們?cè)谶@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(guò)鎖相環(huán)
89429 升頻得到68MHz 的時(shí)鐘, 再經(jīng)過(guò)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(cè)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?cè)O(shè)計(jì)了圖4 所示的時(shí)鐘分相選擇電路。
在板上通過(guò)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(guò)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(duì)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(wú)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(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣, 如圖5
所示。
在每一采集通道中, 輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)
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(chǔ)器(M EM )。各個(gè)
采集通道采集的是同一信號(hào), 不過(guò)采樣
點(diǎn)依次相差90°相位。通過(guò)存儲(chǔ)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(wèn)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
上傳時(shí)間：
2013-12-17
上傳用戶：xg262122
同軸電纜知識(shí)介紹一、概述1、基帶同軸電纜同軸電纜以硬銅線為芯,外包一層絕緣材料。這層絕緣材料用密織的網(wǎng)狀導(dǎo)體環(huán)繞,網(wǎng)外又覆蓋一層保護(hù)性材料。有兩種廣泛使用的同軸電纜。一種是50歐姆電纜,用于數(shù)字傳輸,由于多用于基帶傳輸,也叫基帶同軸電纜;另一種是75歐姆電纜,用于模擬傳輸,即下一節(jié)要講的寬帶同軸電纜。這種區(qū)別是由歷史原因造成的,而不是由于技術(shù)原因或生產(chǎn)廠家。同軸電纜的這種結(jié)構(gòu),使它具有高帶寬和極好的噪聲抑制特性。同軸電纜的帶寬取決于電纜長(zhǎng)度。1km的電纜可以達(dá)到1Gb/s~2Gb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。還可以使用更長(zhǎng)的電纜,但是傳輸率要降低或使用中間放大器。目前,同軸電纜大量被光纖取代,但仍廣泛應(yīng)用于有線電視和某些局域網(wǎng)。2、寬帶同軸電纜使用有限電視電纜進(jìn)行模擬信號(hào)傳輸?shù)耐S電纜系統(tǒng)被稱為寬帶同軸電纜。“寬帶”這個(gè)詞來(lái)源于電話業(yè),指比4kHz寬的頻帶。然而在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中,“寬帶電纜”卻指任何使用模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)碾娎|網(wǎng)。由于寬帶網(wǎng)使用標(biāo)準(zhǔn)的有線電視技術(shù),可使用的頻帶高達(dá)300MHz（常常到450MHz）;由于使用模擬信號(hào),需要在接口處安放一個(gè)電子設(shè)備,用以把進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的比特流轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào),并把網(wǎng)絡(luò)輸出的信號(hào)再轉(zhuǎn)換成比特流。寬帶系統(tǒng)又分為多個(gè)信道,電視廣播通常占用6MHz信道。每個(gè)信道可用于模擬電視、CD質(zhì)量聲音(1.4Mb/s)或3Mb/s的數(shù)字比特流。電視和數(shù)據(jù)可在一條電纜上混合傳輸。寬帶系統(tǒng)和基帶系統(tǒng)的一個(gè)主要區(qū)別是：寬帶系統(tǒng)由于覆蓋的區(qū)域廣,因此,需要模擬放大器周期性地加強(qiáng)信號(hào)。這些放大器僅能單向傳輸信號(hào),因此,如果計(jì)算機(jī)間有放大器,則報(bào)文分組就不能在計(jì)算機(jī)間逆向傳輸。為了解決這個(gè)問(wèn)題,人們已經(jīng)開發(fā)了兩種類型的寬帶系統(tǒng)：雙纜系統(tǒng)和單纜系統(tǒng)。
1)雙纜系統(tǒng)雙纜系統(tǒng)有兩條并排鋪設(shè)的完全相同的電纜。為了傳輸數(shù)據(jù),計(jì)算機(jī)通過(guò)電纜1將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娎|數(shù)根部的設(shè)備,即頂端器(head-end),隨后頂端器通過(guò)電纜2將信號(hào)沿電纜數(shù)往下傳輸。所有的計(jì)算機(jī)都通過(guò)電纜1發(fā)送,通過(guò)電纜2接收。2)單纜系統(tǒng)另一種方案是在每根電纜上為內(nèi)、外通信分配不同的頻段。低頻段用于計(jì)算機(jī)到頂端器的通信,頂端器收到的信號(hào)移到高頻段,向計(jì)算機(jī)廣播。在子分段(subsplit)系統(tǒng)中,5MHz~30MHz頻段用于內(nèi)向通信,40MHz~300MHz頻段用于外向通信。在中分(midsplit)系統(tǒng)中,內(nèi)向頻段是5MHz~116MHz,而外向頻段為168MHz~300MHz。這一選擇是由歷史的原因造成的。3)寬帶系統(tǒng)有很多種使用方式在一對(duì)計(jì)算機(jī)間可以分配專用的永久性信道;另一些計(jì)算機(jī)可以通過(guò)控制信道,申請(qǐng)建立一個(gè)臨時(shí)信道,然后切換到申請(qǐng)到的信道頻率;還可以讓所有的計(jì)算機(jī)共用一條或一組信道。從技術(shù)上講,寬帶電纜在發(fā)送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)上比基帶（即單一信道）電纜差,但它的優(yōu)點(diǎn)是已被廣泛安裝。
標(biāo)簽：
同軸電纜
上傳時(shí)間：
2013-10-18
上傳用戶：段璇琮*
