智能寬帶去抖動(dòng)

提出的原因

由上面總結(jié)的方法知，幾種方法都存在一定的不足。(1)利用了信號(hào)電平信息的去模擬抖動(dòng)方法不能用于去除數(shù)字信號(hào)的抖動(dòng);(2)模擬去抖動(dòng)方法中，平滑濾波的方法不能去除信號(hào)波動(dòng)偏大時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)，而兩個(gè)觸發(fā)器解決辦法則不能準(zhǔn)確反應(yīng)信號(hào)的正半周與負(fù)半周的比例，而且，對(duì)于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器方法需要針對(duì)不同頻率的信號(hào)采用不同的時(shí)間參數(shù)配置;(3)數(shù)字去抖動(dòng)方法中，RC濾波方法只能針對(duì)慢變信號(hào)，因?yàn)榭熳冃盘?hào)將被濾除或附加一定的相移P時(shí)延，而軟件設(shè)計(jì)的方法需要消耗大量的器件資源和時(shí)間資源，使得處理任務(wù)加重，這在有些時(shí)候是不容許的，對(duì)于優(yōu)化設(shè)計(jì)則需要長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)才能有效避免。

總體上，上面的方法在每次設(shè)計(jì)時(shí)都將讓我們權(quán)衡利用，效果有時(shí)也不盡人意。我們這里提出的智能寬帶去抖動(dòng)的方法可以解決大部分的問(wèn)題，對(duì)模擬和數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生的抖動(dòng)均有效。由于是基于CPLD硬件的設(shè)計(jì)，方便改進(jìn)，還可事先不必確切知道哪個(gè)IPO口輸入的信號(hào)需要去抖動(dòng)，同時(shí)不浪費(fèi)其他硬件和軟件資源。在實(shí)際應(yīng)用中可以針對(duì)可能產(chǎn)生邊沿抖動(dòng)的所有信號(hào)進(jìn)行去抖動(dòng)處理，只要器件資源足夠。

智能寬帶去抖動(dòng)原理

當(dāng)我們需要進(jìn)行較復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)常用到可編程器件，這樣可以使得硬件軟件化。實(shí)際使用時(shí)，可以針對(duì)引入的某個(gè)或幾個(gè)信號(hào)進(jìn)行去抖動(dòng)處理，使設(shè)計(jì)得到簡(jiǎn)化。當(dāng)信號(hào)輸入CPLD時(shí)，首先進(jìn)行去抖動(dòng)處理，形成規(guī)范的脈沖波形后再進(jìn)行后續(xù)信號(hào)處理。

無(wú)論是在模擬電路中還是在數(shù)字電路中形成的信號(hào)邊沿的抖動(dòng)，最終在送入CPLD的數(shù)字脈沖信號(hào)上都有相同的表現(xiàn)特征：緊跟在真實(shí)上(下)邊沿后面有多個(gè)負(fù)(正)的虛假窄脈沖。因而在CPLD中我們可以采用相同的方法來(lái)進(jìn)行邊沿去抖動(dòng)處理。由于信號(hào)頻段不同，抖動(dòng)時(shí)間也會(huì)不同，正確處理的前提條件：(1)信號(hào)邊沿抖動(dòng)時(shí)間小于信號(hào)周期的四分之一;(2)信號(hào)頻率小于器件工作頻率的八分之一。第一條是防止實(shí)際邊沿界定不準(zhǔn)，第二條是保證抖動(dòng)范圍可靠界定。對(duì)于頻率未知情況，可以對(duì)頻率進(jìn)行分段，配合少量軟件編程，針對(duì)信號(hào)頻段可以進(jìn)行智能分段處理。

具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，設(shè)置三個(gè)觸發(fā)器：上升沿檢測(cè)觸發(fā)器B、下降沿觸發(fā)器C以及波門定時(shí)觸發(fā)器D。其中，上升沿觸發(fā)器是在信號(hào)上升沿到來(lái)時(shí)變成高電平，下降沿觸發(fā)器是在信號(hào)下降沿到來(lái)時(shí)變成高電平，抖動(dòng)定時(shí)觸發(fā)器當(dāng)前兩個(gè)觸發(fā)器是在前兩個(gè)觸發(fā)器之一變成高電平時(shí)變成高電平。前兩個(gè)觸發(fā)器在抖動(dòng)定時(shí)觸發(fā)器清零時(shí)同時(shí)被清零，而抖動(dòng)定時(shí)觸發(fā)器清零時(shí)間由信號(hào)頻率對(duì)應(yīng)邊沿抖動(dòng)范圍決定。時(shí)序如圖4所示。其中，為觀察方便，下降沿觸發(fā)器變成高電平的時(shí)間拖后了一些。由圖可見(jiàn)，輸入信號(hào)在前后沿均有雜亂的毛刺，用常規(guī)方法消除這種抖動(dòng)很困難，模擬去抖動(dòng)方法無(wú)能為力，常規(guī)的數(shù)字方法需要消耗軟件和硬件資源，而且容易形成誤操作，用我們的方法就很簡(jiǎn)潔。

A信號(hào)第一次電平變化時(shí)(t1時(shí)刻)，出現(xiàn)上升沿，B觸發(fā)器開始觸發(fā)，同時(shí)引發(fā)D觸發(fā)器觸發(fā)，第一次下降沿到來(lái)時(shí)(即第一個(gè)毛刺，t2時(shí)刻)，C觸發(fā)器觸發(fā)，在設(shè)定定時(shí)范圍內(nèi)，三個(gè)觸發(fā)器均保持不變。定時(shí)結(jié)束時(shí)(t3時(shí)刻)，D觸發(fā)器被清零，同時(shí)使B和C觸發(fā)器清零。從上面可以看出來(lái)，只要t3時(shí)刻不超過(guò)t4時(shí)刻則不破壞原來(lái)信號(hào)的正負(fù)區(qū)間。

在A信號(hào)實(shí)際下降沿到來(lái)時(shí)刻(t4時(shí)刻)，相當(dāng)于定時(shí)觸發(fā)器清零后第一次下降沿到來(lái)時(shí)刻，此時(shí)C觸發(fā)器又受到觸發(fā)，同時(shí)引發(fā)D觸發(fā)器觸發(fā)。B觸發(fā)器在第一個(gè)毛刺到來(lái)時(shí)刻(t5時(shí)刻)得到觸發(fā)，與前面相同。在這次定時(shí)沒(méi)有結(jié)束前三個(gè)觸發(fā)器變成不變，直到定時(shí)結(jié)束時(shí)刻(t6時(shí)刻)，三個(gè)觸發(fā)器同時(shí)被清零。余下依此類推。

圖4　去抖動(dòng)電路時(shí)序圖

最后，我們來(lái)看一下D觸發(fā)器波形，它在A信號(hào)正半周期間正負(fù)變化一次，在A信號(hào)負(fù)半周期間正負(fù)再變化一次，因此，只需用D觸發(fā)器的上升沿來(lái)觸發(fā)E信號(hào)，即可準(zhǔn)確的恢復(fù)出沒(méi)有抖動(dòng)的A信號(hào)來(lái)，如圖所示。如果A信號(hào)是周期信號(hào)，則E信號(hào)就是D信號(hào)的二分頻信號(hào)(注意用信號(hào)本身與D信號(hào)來(lái)對(duì)齊正半周就行)。

上面是有信號(hào)邊沿抖動(dòng)的情況的分析，現(xiàn)在再來(lái)看看信號(hào)沒(méi)有邊沿抖動(dòng)的情況。可以想象，在t2到t3時(shí)刻期間C觸發(fā)器沒(méi)有觸發(fā)，但B和D觸發(fā)器依然觸發(fā)，因?yàn)锳信號(hào)存在上升沿，在t5到t6時(shí)刻期間B觸發(fā)器沒(méi)有觸發(fā)，但C和D觸發(fā)器仍然觸發(fā)，因?yàn)锳信號(hào)在t4時(shí)刻存在下降沿，由此可以看出，在這種情況下，D觸發(fā)器波形沒(méi)有改變，從而可以用同樣的方法得到E恢復(fù)信號(hào)。

當(dāng)信號(hào)頻率變化(或根本不是周期信號(hào)，只是一個(gè)個(gè)脈沖群)時(shí)，只要設(shè)置的波門定時(shí)范圍滿足前面提出的兩個(gè)條件，則仍然可以適用。如果在多倍頻程變化時(shí)，由于信號(hào)邊沿抖動(dòng)寬度不一致，低端的抖動(dòng)范圍可能已經(jīng)超出了高頻端周期的一半，不能進(jìn)行準(zhǔn)確還原，因此需要進(jìn)行分段處理。在輸入信號(hào)頻率完全未知的情況下，可以實(shí)際測(cè)量參數(shù)，根據(jù)最穩(wěn)定的情況來(lái)確定分段的界限和參數(shù)，如果配合少量的軟件編程，提取信號(hào)穩(wěn)定的段結(jié)果即可。這樣，就可以在很寬的頻帶內(nèi)，自動(dòng)選擇頻段參數(shù)以正確進(jìn)行去抖動(dòng)處理。