(免费)基于FPGA的新型位同步时钟提取方案的设计

一种基于FPGA的锁相环位同步提取电路设计概述同步是通信系统中一个重要的问题。

在数字通信中，除了获取相干载波的载波同步外，位同步的提取是更为重要的一个环节。

因为只有确定了每一个码元的起始时刻，才能对数字信息作出正确的判决。

利用全数字锁相环可直接从接收到的单极性不归零码中提取位同步信号。

一般的位同步电路大多采用标准逻辑器件按传统数字系统设计方法构成，具有功耗大，可靠性低的缺点。

用FPGA设计电路具有很高的灵活性和可靠性，可以提高集成度和设计速度，增强系统的整体性能。

本文给出了一种基于fpga 的数字锁相环位同步提取电路。

数字锁相环位同步提取电路的原理数字锁相环位同步提取电路框本地时钟产生两路相位相差p的脉冲，其频率为fo=mrb，rb为输入单极性不归零码的速率。

输入信码的正、负跳变经过过零检测电路后变成了窄脉冲序列，它含有信码中的位同步信息，该位同步窄脉冲序列与分频器输出脉冲进行鉴相，分频比为m。

若分频后的脉冲相位超前于窄脉冲序列，则在1端有输出，并通过控制器将加到分频器的脉冲序列扣除一个脉冲，使分频后的脉冲相位退后；若分频后的脉冲相位滞后窄脉冲序列，则在2端有输出，并通过控制器将加到分频器的脉冲序列附加一个脉冲，使分频后的脉冲相位提前。

直到鉴相器的1、2端无输出，环路锁定。

基于fpga的锁相环位同步提取电路该电路如该电路由d触发器组成的二分频器和两个与门组成，它将fpga 的高频时钟信号clk_xm变换成两路相位相反的时钟信号，由e、f输出，然后送给控制电路的常开门g3和常闭门g4。

其中f路信号还作为控制器中的d1和。

基于FPGA的锁相环位同步提取电路设计锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）是一种广泛应用于通信、控制及信号处理等领域的电路，能够实现频率同步和相位同步。

在本文中，我们将讨论基于FPGA的锁相环位同步提取电路设计。

首先，我们将介绍锁相环的基本原理。

锁相环由相位比较器、低通滤波器、VCO（Voltage-Controlled Oscillator）和分频器组成。

相位比较器用于比较参考信号和反馈信号的相位差，将相位差转换为电压差。

低通滤波器将电压差平滑处理，得到控制电压，用于控制VCO的频率。

VCO产生与输入信号频率相同的输出信号，通过分频器将输出信号分频后与参考信号进行比较，实现频率同步。

在基于FPGA的锁相环位同步提取电路设计中，我们的目标是实现一个能够提取输入信号的位同步信息的电路，其中输入信号可能包含多个周期不同的位同步序列。

首先，我们需要设计一个相位比较器，用于比较参考信号和输入信号的相位差。

可以使用FPGA中的数字时钟管理模块来实现相位比较器，将输入信号与参考信号都映射到固定的时钟边沿上，并通过计数器测量输入信号和参考信号之间的相位差。

然后，我们需要设计一个低通滤波器，用于平滑处理相位差。

可以使用FPGA中的滑动平均滤波器来实现低通滤波器，通过对相位差进行滑动平均运算，得到平滑的控制电压。

接下来，我们需要设计一个VCO，用于产生与输入信号频率相同的输出信号。

可以使用FPGA中的数字控制模块来实现VCO，通过调节VCO的控制电压来控制输出频率。

最后，我们需要设计一个分频器，将VCO的输出信号分频后与参考信号进行比较。

可以使用FPGA中的计数器来实现分频器，通过设置分频器的计数值来实现对VCO输出信号的分频。

在整个电路设计过程中，我们需要注意以下几点：1.选择合适的时钟频率和分辨率。

时钟频率要足够高，以满足输入信号的高速采样需求。

分辨率要足够高，以保证位同步信息的精确提取。

2.选择合适的滤波器参数。

基于fpga的数字钟电路设计
随着电子技术和航空电子技术的发展，高精度的电子时钟发挥着越来越重要的作用。

面对众多的时间选择方式，FPGA技术为企业提供了新的解决方案。

本文旨在设计一种基于FPGA技术的数字时钟电路，以满足工业系统时间测量和管理的需求。

数字时钟电路的设计主要分为三个方面：晶振、时钟频率调整以及I/O管脚分配。

首先，选用封装形式为HC49-S的晶振器，其主要特征包括频率精度低至±50ppm、温度范围
宽至−10℃至+70℃、工作温度可升至105℃以及动态特性良好等。

其次，进行时钟频率
调节用FPGA。

FPGA的时钟频率调节模块采用MMC和VCO技术实现时钟频率抢断，可对晶
振的稳定频率进行调节，从而获得高精度的时钟信号。

最后，通过FPGA的I/O管脚分配
完成时钟信号输出，从而将数字信号变换为时间信号，实现时间数据的采集和处理。

基于FPGA技术的数字时钟电路可以有效地满足工业系统实时时间测量和管理的需求，实现工业系统时间计量技术的发展。

该电路具有稳定高效、体积小、功耗低以及现场可实
现调整参数等优缺点，在工业领域具有很高的应用前景。

专利名称：一种基于FPGA的位同步时钟提取方法及装置专利类型：发明专利
发明人：丰泳翔,韩卓定,陈紫业,郑旎杉,陈小桥
申请号：CN201610994547.7
申请日：20161111
公开号：CN106533432A
公开日：
20170322
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于FPGA的位同步时钟提取方法及装置，包括外部CK信号，包括信号发生模块、模拟信号传输模块、待测信号调理模块、信号处理模块、显示屏模块和键盘控制模块；外部CK信号输入信号发生模块，信号发生模块依次连接模拟信号传输模块、待测信号调理模块、信号处理模块、显示屏模块和键盘模块；信号发生模块用于产生测试m序列；模拟信号传输模块用于m序列滤波、衰减；待测信号调理模块用于m序列放大、整形；信号处理模块用于从m 序列提取位同步时钟信号；显示屏模块用于频率显示；键盘控制模块用于控制键盘。

该方法及装置利用m序列的自相关性质和新型锁相环方法，实现100kHz‑350kHz信号的位同步时钟提取，系统工作稳定。

申请人：武汉大学
地址：430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学
国籍：CN
代理机构：武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：彭艳君
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一种基于FPGA的新型位同步时钟提取方案及实现2 位同步时钟提取方案的原理本文设计的方案可以从异步串行码流中提取位同步时钟信号，设计思想的基本出发点是在外部码流（code_in）的上升沿和本地时钟(clk)上跳沿相比较无非两种情况，如图1和图2所示：图1 码流滞后于本地时钟△T示意图图2码流超前于本地时钟△T示意图从码流上跳沿的角度来看,若将码流code_in与本地时钟clk进行逻辑相与，若相与结果为“1”则说明码流滞后于本地时钟，若为“0”则说明码流超前于本地时钟。

用VHDL语言描述为：if (code_in’event and code_in=’1’) thenif (code_in and clk)=’1’ thenq<=’1’elseq<=’0’end ifend if程序中输出信号q可作为控制电路的输入信号。

本设计方案的系统框图如图3所示：框图中，鉴相器作用是鉴别出码流和本地时钟的相位超前滞后关系，控制计数器采用双向计数器,鉴相器输出q作为控制计数器的计数方向输入，q为1则向上计数，q为0则向下计数。

控制计数器的计数输出用来控制相位调整选择模块的选择端。

相位调整选择模块由相位调整和相位选择功能。

图3 系统功能框图3 设计实现依据图3系统功能框图，利用Altera 公司的Quartus II 设计软件，采用自顶向下的模块化设计方法，用VHDL 语言和电路原理图混合输入设计对位同步时钟提取电路的各个部件分别进行设计。

本设计方案的鉴相器原理相对简单，不需要用VHDL语言设计，仅用两个与门和一个D触发器就可以实现，如图4 所示。

图中的的第二个与门(inst23)是为了实现D触发器的时钟输入端与数据输入端同步。

控制计数器设计使用QuartusII的MegaWizard Plug_InManager工具来实现一个简单的双向数器，计数方向由鉴相器输出q控制，q为1则计数器向上计数，q为0则计数器向下计数，计数系数由Count Modulus设定，设定的数值要求等于分频器的分频系数N。

基于FPGA的提取位同步时钟DPLL设计
叶怀胜;谭南林;苏树强;李国正
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2009(32)23
【摘要】提出一种基于FPGA的用于提取位同步时钟的片内全数字锁相环电路设计方案.该方案具有同步速度快,结构简洁,失锁后自我调节性能好,即使码元消失或是码元相位出现抖动时,提取的同步时钟也不会有较大变化,仍可以稳定输出.此外,该方案可以稳定地从曼彻斯特码中提取出位时钟,指导编解码器可靠工作.采用Verilog HDL语言描述电路,给出了仿真结果,并对其稳定性和稳态误差进行了理论分析,以实际测验验证了仿真的正确性.
【总页数】4页(P43-46)
【作者】叶怀胜;谭南林;苏树强;李国正
【作者单位】北京交通大学,机电学院,北京,100044;北京交通大学,机电学院,北京,100044;北京交通大学,机电学院,北京,100044;北京交通大学,机电学院,北
京,100044
【正文语种】中文
【中图分类】TP274
【相关文献】
1.基于FPGA的人体通信中位同步提取电路的设计 [J], 王文;高跃明;陈艺东;潘少恒;麦炳源;韦孟宇;杜民
2.基于CPLD的位同步时钟提取电路设计 [J], 王志梁;刘笃仁
3.基于FPGA的锁相环位同步提取电路设计 [J], 周云水
4.基于FPGA+DDS的位同步时钟恢复设计与实现 [J], 苏淑靖;吴征
5.一种基于FPGA的位同步时钟提取电路 [J], 夏蒙;范龙飞;王富栋
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FPGA位同步信号提取1. 简介FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，能够根据用户的需求进行重新配置，实现各种不同的数字电路功能。

在FPGA设计中，位同步信号提取是一个重要的任务，它能够从输入信号中提取出同步信息，用于控制和协调各个模块之间的操作。

本文将介绍FPGA位同步信号提取的原理、方法和实现步骤，并且详细说明如何使用FPGA设计工具进行开发。

2. 原理在FPGA设计中，通常会涉及到多个时钟域（clock domain），每个时钟域都有自己的时钟信号。

由于不同时钟域的时钟频率可能不同，因此需要一种机制来确保数据在不同时钟域之间正确地传输和处理。

这就是位同步（bit-level synchronization）的概念。

位同步信号提取就是从输入信号中提取出用于位同步的控制信息。

这些控制信息通常包括数据有效性标志（valid flag）和数据使能标志（enable flag）。

通过这些标志，可以确定数据何时有效以及何时可以被处理。

3. 方法3.1 插入寄存器为了实现位同步信号提取，通常需要在输入信号路径上插入寄存器。

寄存器能够将输入信号同步到目标时钟域的时钟边沿，确保数据在时序上的正确性。

具体方法是，在输入信号路径上插入一个寄存器，并将寄存器的时钟与目标时钟域的时钟相连接。

这样，输入信号就会在目标时钟边沿被锁存，从而达到位同步的效果。

3.2 控制逻辑设计除了插入寄存器外，还需要设计控制逻辑来提取位同步信号。

控制逻辑通常包括状态机（state machine）和组合逻辑电路。

状态机用于控制数据有效性标志和数据使能标志的生成和更新。

它根据输入信号的状态和当前状态来确定下一状态，并输出相应的控制信号。

组合逻辑电路用于根据输入信号和当前状态来生成数据使能标志。

它可以根据需要进行逻辑运算、比较操作等，以判断数据是否有效并生成相应的使能标志。

3.3 时序约束设置为了确保FPGA设计满足时序要求，需要设置正确的时序约束。

FPGA位同步信号提取1. 引言FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，可以通过编程实现不同的电路功能。

在许多应用中，需要对FPGA进行位同步信号提取，以确保各个模块之间的数据传输和处理的准确性和一致性。

本文将详细介绍FPGA位同步信号提取的原理、方法和实现过程。

2. 原理在FPGA中，位同步信号提取是指从输入数据中提取一个用于同步各个模块的时钟信号。

这个时钟信号通常由一个稳定的时钟源产生，并被分配给FPGA内部的各个模块。

位同步信号提取有两个主要任务：检测输入数据中的时钟边沿，以及生成一个与输入数据频率相匹配的稳定时钟。

2.1 时钟边沿检测在FPGA中，通常使用触发器来检测输入数据中的时钟边沿。

触发器是一种存储元件，在时钟上升沿或下降沿触发时将输入数据存储到输出端口。

通过检测触发器输出端口的变化，可以确定输入数据中是否存在时钟边沿。

常见的触发器类型包括D触发器、JK触发器和T触发器。

这些触发器可以根据需要进行级联，以实现更复杂的时钟边沿检测功能。

在FPGA中，可以使用硬件描述语言（如Verilog或VHDL）来描述和实现这些触发器电路。

2.2 稳定时钟生成一旦检测到输入数据中的时钟边沿，需要生成一个稳定的时钟信号，并将其分配给FPGA内部的各个模块。

稳定的时钟信号通常由一个PLL（Phase-Locked Loop）电路来生成。

PLL是一种反馈控制系统，可以根据输入参考时钟的相位和频率来生成一个稳定的输出时钟。

PLL通常由相位比较器、环形振荡器和反馈回路组成。

相位比较器用于比较输入参考时钟和反馈时钟之间的相位差，并产生一个控制信号。

环形振荡器根据控制信号调整自身的振荡频率，使得反馈时钟与输入参考时钟保持同步。

通过不断调整振荡频率，PLL能够自动消除相位差，并生成稳定的输出时钟。

3. 方法在FPGA中实现位同步信号提取有多种方法，下面将介绍两种常用的方法：基于触发器的位同步信号提取和基于PLL的位同步信号提取。

基于fpga的提取位同步时钟dpll设计近些年来，随着电子通信技术的不断发展，电子设备迅速普及到每个角落，电子设备高速数据传输、处理数据和执行各种任务等，应用范围更多更广，时钟同步技术变得越来越重要，时钟同步也是其中重要的技术之一。

时钟同步的核心原理是把多个接受机的时钟统一调整到同一个频率上，从而实现信息的有效传输。

为了实现多台电子设备之间的时钟同步，设计人员采用的一种技术就是用FPGA实现的微处理器时钟同步技术DPLL设计（Data Pathlocks Loop）。

DPLL (Data Pathlocks Loop)是一种用来提取和同步多个位时钟信号（称为目标位时钟）的技术，它可以同步多通道从电子设备接收到的位时钟信号，进而实现时钟同步功能。

基于FPGA的DPLL设计技术，大量地使用了FPGA中基础参数模块，设计工作者可以根据具体应用需求，根据芯片资源，灵活地进行设计。

由于FPGA在设计上的灵活性，在很多复杂的系统中可以很好地支撑时钟同步控制的实现。

首先，在采用基于FPGA的DPLL设计技术实现位同步时钟之前，需要对整个系统的时钟原理进行深入的理解。

基于FPGA的DPLL设计结构由以下几部分组成：锁定滤波器，多路移相器，比较器，控制电路，锁定状态输出状态指示器以及一系列诊断功能功能模块等。

首先，采用锁定滤波器，以把多个位时钟信号聚集到一个基准时钟的信号，以实现多个位时钟的精确同步；其次，采用多路移相器，可以把多个位时钟转换成单一的目标位时钟信号，以此，可以跟踪目标位时钟；比较器是负责对比多个输入位时钟和目标位时钟的差异，并输出差值；控制电路收集比较器输出的差值，并将其作为参数调整多路移相器；最后，锁定状态输出和状态指示器，可以把多通道位时钟同步系统的运行状态反馈出来，以指示系统的同步运行情况。

除此之外，在基于FPGA的DPLL设计中，设计工程师还可以根据具体的应用需求，将一系列的诊断测试功能模块也融入到设计中，以直观地显示出整个系统的状态，以保障系统的正常运行。