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
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随着系统设计复杂性和集成度的大规模提高，电子系统设计师们正在从事100MHZ以上的电路设计，总线的工作频率也已经达到或者超过50MHZ，有一大部分甚至超过100MHZ。目前约80% 的设计的时钟频率超过50MHz，将近50% 以上的设计主频超过120MHz，有20%甚至超过500M。当系统工作在50MHz时，将产生传输线效应和信号的完整性问题；而当系统时钟达到120MHz时，除非使用高速电路设计知识，否则基于传统方法设计的PCB将无法工作。因此，高速电路信号质量仿真已经成为电子系统设计师必须采取的设计手段。只有通过高速电路仿真和先进的物理设计软件，才能实现设计过程的可控性。传输线效应基于上述定义的传输线模型，归纳起来，传输线会对整个电路设计带来以下效应。 · 反射信号Reflected signals · 延时和时序错误Delay & Timing errors · 过冲(上冲/下冲)Overshoot/Undershoot · 串扰Induced Noise (or crosstalk) · 电磁辐射EMI radiation
上传时间： 2013-11-16
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信号完整性问题是高速PCB 设计者必需面对的问题。阻抗匹配、合理端接、正确拓扑结构解决信号完整性问题的关键。传输线上信号的传输速度是有限的，信号线的布线长度产生的信号传输延时会对信号的时序关系产生影响，所以PCB 上的高速信号的长度以及延时要仔细计算和分析。运用信号完整性分析工具进行布线前后的仿真对于保证信号完整性和缩短设计周期是非常必要的。在PCB 板子已焊接加工完毕后才发现信号质量问题和时序问题，是经费和产品研制时间的浪费。1.1 板上高速信号分析我们设计的是基于PowerPC 的主板，主要由处理器MPC755、北桥MPC107、北桥PowerSpanII、VME 桥CA91C142B 等一些电路组成，上面的高速信号如图2-1 所示。板上高速信号主要包括：时钟信号、60X 总线信号、L2 Cache 接口信号、Memory 接口信号、PCI 总线0 信号、PCI 总线1 信号、VME 总线信号。这些信号的布线需要特别注意。由于高速信号较多，布线前后对信号进行了仿真分析，仿真工具采用Mentor 公司的Hyperlynx7.1 仿真软件，它可以进行布线前仿真和布线后仿真。
上传时间： 2013-11-04
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介绍了由两个DC/DC开关电源模块并联构成的供电系统电路结构和工作原理。该系统采用ARM芯片STM32为主控芯片产生驱动功率开关器件MOSFET的PWM脉冲[1]，对供电系统的输出电压和各个模块的输出电流均实现了全数字闭环PI控制。系统输出电压稳定，能实现两个模块电流的比例分配，同时具有输出负载短路及延时恢复功能。仿真和实验结果验证了控制技术的正确性和可行性。
上传时间： 2013-11-20
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单片机led灯的应用
上传时间： 2014-12-24
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MAX5094 CMOS、高性能、电流模式PWM控制器具有宽输入电压范围隔离/非隔离电源所需的所有特性。这些控制器非常适用于低功率和大功率通用电源及电信电源。MAX5094含有一个快速比较器，从电流检测端到输出的延时通常仅为60ns，用于过流保护功能。MAX5094内置一个误差放大器，在COMP端产生输出。采用外部元件控制COMP电压的上升可以实现软启动。通过外部电阻和电容可以调节振荡器的频率，范围在20kHz至1MHz之间。定时电容的放电电流经过了微调，可以在给定频率下设定死区时间和最大占空比。RTCT端输出的锯齿波可以在需要的时候用来进行斜率补偿。
上传时间： 2013-10-31
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功能简述：本控制器采用微控制器控制，其功能如下：1． 12V/24V 蓄电池自动识别2． 自动开关灯智能感知外界光线，天黑时延时自动开启路灯，天亮时自动关闭路灯3． 自动充放电（以12V 蓄电池为例）进入白天后太阳能电池板电压高于蓄电池电压时自动进入充电状态，充电至蓄电池电压高于14.4V 就进入涓流状态充电。而当天黑且蓄电池电压高于10.6V 就允许向LED 放电。4． 蓄电池保护（以12V 蓄电池为例）：当蓄电池电压低（低于10.6V）时，会自动关闭路灯，防止过放，以保护电池。当电池充满（14.4V）时，会停止其他充电状态，而进入涓流充充电状态，以防止过充。5． 采用PWM 调光技术对LED 路灯进行调光，可以和各种可调光恒流源匹配工作。6． 为了节能而调光，可以有各种节能调光模式，以实现不同程度的节能。
上传时间： 2013-11-07
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本设计的基准电压和反馈电路采用常用的三端稳压器TL431来完成，在反馈电路的应用中运用采样电压通过TL431限压，再通过光电耦合器PC817把电压反馈到SG3525的COMP端。 由于TL431具有体积小、基准电压精密可调，输出电流大等优点，所以用TL431可以制作多种稳压器。其性能是输出电压连续可调达36V，工作电流范围宽达0.1～100mA，动态电阻典型值为0.22欧,输出杂波低。其最大输入电压为37V，最大工作电流为150mA，内基准电压为2.5V，输出电压范围为2.5～30V。 TL431是由美国德州仪器(TI)和摩托罗拉公司生产的2.5～36V可调式精密并联稳压器。其性能优良，价格低廉，可广泛用于单片精密开关电源或精密线性稳压电源中。此外，TL431还能构成电压比较器、电源电压监视器、延时电路、精密恒流源等。
上传时间： 2013-10-21
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电容器作为基本元件在电子线路中起着重要作用，在传统的应用中，电容器主要用作旁路耦合、电源滤波、隔直以及小信号中的振荡、延时等。以上电路对电容器参数的主要要求有：电容量；额定电压；正切损耗；漏电流等，对其它参数没有过多的要求。 随着电子线路，特别是电力电子电路的发展对不同应用场合的电容器提出了不同的特殊要求。
上传时间： 2013-10-13
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SMARTISYS IPPCI系列电源控制器是会议演示、指挥控制等系统中必不可少的设备。通过对应用系统中所有设备的电源进行集中管理、定时、延时开关，以及对电动设备的程序化控制，能最大限度保护用电设备，极大的提高系统可靠性和使用方便性。 IPPCI系列产品有程序控制和手动控制两种模式；在应急情况下，可以通过手动方式对相关设备的电源直接进行开关控制及操作；在程序控制模式下，通TM过SmartControlBuilder编程进行任意独立或组合控制。输入采用4-pin专用网络接线端子，用于直接给电源控制系统供电和发送控制信号；另外，还包括9-pin接线端子,用于连接8个本地输入控制8路继电器的开、关。
上传时间： 2013-10-25
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