X光安檢機控制信號時鐘提取的設(shè)計與實現(xiàn)
加入技術(shù)交流群
在安檢機控制信號中，考慮到隨機噪聲引起的相位誤差輸出長時間地保持在同一極性，誤差很小，在該模塊中會被有效抵消，而不會傳到后級模塊，從而可達到抑制噪聲的目的。與此同時，根據(jù)安檢機系統(tǒng)參數(shù)的要求，取N=512，當處于累加計算時，計算上限為1 023；當處于累減計算時，計算下限是O。
2．3 數(shù)控振蕩器
數(shù)控振蕩器的主要功能是根據(jù)前級環(huán)路濾波器模塊輸出的insert和deduct：控制信號，生成本地估算時鐘clk_e，該時鐘即為數(shù)字鎖相環(huán)(DPLL)最終提取到的數(shù)據(jù)時鐘。此外，在本設(shè)計中，數(shù)控振蕩器整合了本地時鐘模塊的功能，同時產(chǎn)生了用于整個系統(tǒng)的各路時鐘信號，從而使系統(tǒng)各個模塊能夠協(xié)調(diào)工作，保證了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。數(shù)控振蕩器模塊分為兩個基本模塊，即catch和div模塊。具體結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/162981.htm
catch模塊的功能如下：
在本系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA上用于驅(qū)動高速采樣數(shù)據(jù)發(fā)送的主時鐘為64 MHz，因此本設(shè)計中的全局時鐘Gclk頻率為64 MHz，這樣可以有效節(jié)約FPGA上的硬件PLL資源，提高了硬件使用效率。
在catch模塊內(nèi)部，首先對全局時鐘Gclk進行4分頻，由于Gclk的設(shè)計頻率為64 MHz，實現(xiàn)4分頻后達到16 MHz。之后，catch模塊根據(jù)前端環(huán)路濾波器的輸出信號insert和reduct，在分頻后的16 MHz時鐘推動下，若insert信號出現(xiàn)高脈沖，自動在4分頻后的時鐘上補充一個Gclk時鐘周期的延時，該操作僅對insert信號的高脈沖上升沿有效；相類似，若reduct信號出現(xiàn)高脈沖，自動在4分頻后的時鐘上扣除一個Gclk時鐘周期。
div模塊的功能如下：
該模塊為catch單元的后級，其主要功能是根據(jù)catch給出的Gelk_out信號進行N分頻。在本系統(tǒng)中，需要恢復(fù)頻率為4 MHz的數(shù)據(jù)時鐘，因此這里第一個分頻系數(shù)N=4，輸出為16／4=4 MHz的時鐘信號(clk_e)，第二個分頻時鐘為數(shù)字環(huán)路濾波器的記數(shù)時鐘，該信號是經(jīng)過2分頻(頻率為8 MHz)后的時鐘信號，用于進行DLF濾波。與此同時，也可以加速該時鐘，這樣可以縮短捕捉時間，并且擴展其捕捉帶寬。該數(shù)控振蕩器的加扣時鐘和分頻的綜合仿真時序圖如圖8所示。
從該時序圖可以看到，在insert與reduct信號的控制下，模塊內(nèi)部進行加／減時鐘操作，最終在輸出時鐘信號中得到延時或者扣除節(jié)拍的捕捉效果。
3 本系統(tǒng)整體時序仿真結(jié)果
結(jié)合安檢機控制信號的實際傳輸情況，確定設(shè)計要求，對整體系統(tǒng)進行時序仿真。其中，選定Gclk頻率為64 MHz，數(shù)據(jù)速率為4 Mb／s，并設(shè)定初始狀態(tài)中，估計時鐘和數(shù)據(jù)的相位差為103．775 ns，顯示結(jié)果為相位滯后。根據(jù)數(shù)字鎖相環(huán)的基本原理，必須進行扣脈沖的操作后才能最終提取到同步時鐘。鑒于該系統(tǒng)需要的捕獲精度較高，因此捕獲時間較長，并且由于整個仿真界面有限，只能觀察到時鐘提取過程，具體如圖9所示。
由圖9可以看出，從箭頭處開始，出現(xiàn)了扣脈沖和加脈沖循環(huán)出現(xiàn)的情況，對于該情況分析如下：
由于初始設(shè)定的估計時鐘相位滯后為103．775 ns，從圖9仿真結(jié)果可以看出，在經(jīng)歷了7次扣脈運算后，由于每次扣脈沖的時間是1／(64×106)=15．225 ns，那么7個扣脈沖的時間就是15．225 ns×7=106．575 ns。在7個時鐘扣除以后，相位又超前了106．575-103．775=2．8 ns，因此后續(xù)的操作必須加脈沖，從而實現(xiàn)相位捕捉。因為每加一個脈沖是15．225 ns，之后會再次出現(xiàn)相位滯后，又進行扣脈沖操作。如此循環(huán)，直到最終接近極限，提取到穩(wěn)定的時鐘信號。
評論