[實(shí)用新型]流水線電路結(jié)構(gòu)的全數(shù)字鎖相環(huán)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201821645473.7
• 申請(qǐng)日: 2018-10-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN208386516U
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 單長(zhǎng)虹;田帆;王麗君;鄧賢君;趙宇紅;楊檬瑋
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H03L7/085
• 分類(lèi)號(hào): H03L7/085;H03L7/18;G06F15/78
• 代理公司: 衡陽(yáng)市科航專(zhuān)利事務(wù)所 43101
• 代理人: 鄒小強(qiáng)

1.一種流水線電路結(jié)構(gòu)的全數(shù)字鎖相環(huán)，其特征在于：包括數(shù)字鑒相器模塊、流水線變模控制器模塊、流水線數(shù)字濾波器模塊、加扣脈沖控制電路模塊和流水線分頻器模塊，利用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)完成各個(gè)模塊電路的設(shè)計(jì)；

數(shù)字鑒相器模塊由雙D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，該數(shù)字鑒相器模塊具有兩個(gè)信號(hào)輸入端及三個(gè)信號(hào)輸出端，兩個(gè)信號(hào)輸入端分別為fin信號(hào)輸入端及fout信號(hào)輸入端，三個(gè)信號(hào)輸出端分別為ua信號(hào)輸出端、ah信號(hào)輸出端及be信號(hào)輸出端，數(shù)字鑒相器模塊通過(guò)檢測(cè)全數(shù)字鎖相環(huán)輸入信號(hào)fin與輸出信號(hào)fout的上升沿，判斷其相位誤差和極性，并生成反映輸入與輸出信號(hào)之間的相位誤差信號(hào)ua，以及極性信號(hào)，即超前信號(hào)ah和滯后信號(hào)be；

流水線變模控制器模塊包括時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊TDC和變模控制器，流水線變模控制器模塊為流水線數(shù)字濾波器提供可調(diào)的動(dòng)態(tài)參數(shù)，接收數(shù)字鑒相器模塊輸出的相位誤差信號(hào)ua，并根據(jù)該相位誤差信號(hào)ua的大小來(lái)調(diào)節(jié)流水線變模控制器模塊輸出的模值km，具體的調(diào)節(jié)方式為：當(dāng)相位誤差較大時(shí)，輸出較小的模值km，以便加快鎖相速度；當(dāng)相位誤差較小時(shí)，輸出較大的模值km，以減小環(huán)路鎖定后的相位抖動(dòng)；

其中時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊TDC包括20位計(jì)數(shù)器，20位計(jì)數(shù)器采用五級(jí)流水線設(shè)計(jì)，每一級(jí)計(jì)數(shù)器M包括寄存器J、加1器和用于暫存計(jì)數(shù)值的鎖存器S，其中第一級(jí)計(jì)數(shù)器的位數(shù)為0-3位，第二級(jí)計(jì)數(shù)器位數(shù)為4-7位，第三級(jí)計(jì)數(shù)器的位數(shù)為8-11位，第四級(jí)計(jì)數(shù)器的位數(shù)為12-15位，第五級(jí)計(jì)數(shù)器位數(shù)為16-19位，采用超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言完成對(duì)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊TDC的設(shè)計(jì)，再與變模控制器連接，得到流水線自動(dòng)變模控制器模塊；根據(jù)數(shù)字鑒相器模塊輸出的相位誤差信號(hào)ua，為流水線數(shù)字濾波器模塊中的可逆計(jì)數(shù)器提供可變模值的輸出信號(hào)km；

流水線數(shù)字濾波器模塊由8位可逆計(jì)數(shù)器構(gòu)成，該可逆計(jì)數(shù)器采用二級(jí)流水線設(shè)計(jì)，每一級(jí)計(jì)數(shù)器M包括寄存器J、加1器和用于暫存計(jì)數(shù)值的鎖存器S；其中第一級(jí)計(jì)數(shù)器的位數(shù)為0-3位，第二級(jí)計(jì)數(shù)器為位數(shù)為4-7位，可逆計(jì)數(shù)器的模值是流水線變模控制器模塊按照預(yù)設(shè)的控制算法自動(dòng)生成的；該流水線數(shù)字濾波器模塊接收來(lái)自數(shù)字鑒相器模塊根據(jù)輸入信號(hào)fin與輸出反饋信號(hào)fout比較得到的超前信號(hào)ah和滯后信號(hào)be，根據(jù)超前信號(hào)ah或滯后信號(hào)be進(jìn)行加計(jì)數(shù)或減計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到接收到的計(jì)數(shù)器的模值時(shí)，產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)inc或借位信號(hào)dec，并分別送給加扣脈沖控制電路模塊；

加扣脈沖控制電路模塊接收流水線數(shù)字濾波器模塊發(fā)送的進(jìn)位信號(hào)inc或借位信號(hào)dec，對(duì)其輸出的數(shù)字序列信號(hào)進(jìn)行脈沖的加扣處理，并將處理后的數(shù)字序列信號(hào)發(fā)送到流水線分頻器模塊；具體的實(shí)現(xiàn)方式為：當(dāng)加扣脈沖控制電路模塊輸入端的進(jìn)位信號(hào)inc為高電平時(shí)，在其輸出的數(shù)字序列信號(hào)中插入一個(gè)脈沖；當(dāng)加扣脈沖控制電路模塊另一輸入端的借位信號(hào)dec為高電平時(shí)，在其輸出的數(shù)字序列信號(hào)中扣除一個(gè)脈沖，并將經(jīng)過(guò)加扣脈沖處理后的數(shù)字序列信號(hào)發(fā)送到流水線分頻器模塊作進(jìn)一步的調(diào)節(jié)；

流水線分頻器模塊由24位計(jì)數(shù)器構(gòu)成，其分頻系數(shù)N可調(diào)；該24位計(jì)數(shù)器采用三級(jí)流水線設(shè)計(jì)，每一級(jí)計(jì)數(shù)器M包括寄存器J、加1器和用于暫存計(jì)數(shù)值的鎖存器S；每一級(jí)為一個(gè)8位計(jì)數(shù)器，其中第一級(jí)計(jì)數(shù)器的位數(shù)為0-7位，第二級(jí)計(jì)數(shù)器位數(shù)為8-15位，第三級(jí)計(jì)數(shù)器的位數(shù)為16-23位；每當(dāng)?shù)鸵患?jí)的8位計(jì)數(shù)器產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)時(shí)，觸發(fā)高一級(jí)的8位計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，以此進(jìn)行累加計(jì)數(shù)；該分頻系數(shù)N從外部輸入端口設(shè)置，即根據(jù)該鎖相環(huán)輸入信號(hào)頻率的不同，靈活設(shè)置分頻系數(shù)的具體參數(shù)；該參數(shù)的設(shè)置是按照系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)頻率與系統(tǒng)輸入信號(hào)頻率的比值滿(mǎn)足2^N來(lái)選擇的；

數(shù)字鑒相器模塊的相位誤差信號(hào)ua輸出端與流水線變模控制器模塊的輸入端相接，超前信號(hào)ah和滯后信號(hào)be輸出端分別與流水線數(shù)字濾波器模塊的第一信號(hào)輸入端及第二信號(hào)輸入端相接，流水線變模控制器模塊的模值信號(hào)km輸出端與流水線數(shù)字濾波器模塊的第三輸信號(hào)入端相接，流水線數(shù)字濾波器模塊的進(jìn)位信號(hào)inc輸出端及借位信號(hào)dec輸出端分別與加扣脈沖控制電路模塊的兩個(gè)信號(hào)輸入端相接，加扣脈沖控制電路模塊的信號(hào)輸出端與流水線分頻器模塊的第一信號(hào)輸入端相接，根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)頻率與系統(tǒng)輸入信號(hào)頻率確定的外部輸入端口設(shè)置的分頻系數(shù)N與流水線分頻器模塊的第二輸入端相接，流水線分頻器模塊的輸出信號(hào)fout為鎖相環(huán)輸出信號(hào)，并將其反饋到數(shù)字鑒相器模塊作為數(shù)字鑒相器模塊的其中一個(gè)輸入。

2.如權(quán)利要求1所述的流水線電路結(jié)構(gòu)的全數(shù)字鎖相環(huán)，其特征在于：采用自頂而下的設(shè)計(jì)方法，基于電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)，采用VHDL語(yǔ)言對(duì)各模塊進(jìn)行編程，完成流水線電路結(jié)構(gòu)的全數(shù)字鎖相環(huán)頂層電路設(shè)計(jì)；

在流水線電路結(jié)構(gòu)的全數(shù)字鎖相環(huán)頂層電路中，系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)clk分別與流水線變模控制器模塊、流水線數(shù)字濾波器模塊及加扣脈沖控制電路模塊的輸入端clk相接；

系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)reset分別與流水線變模控制器模塊、流水線數(shù)字濾波器模塊、加扣脈沖控制電路模塊及流水線分頻器模塊的輸入端reset相接；

使能信號(hào)en與流水線數(shù)字濾波器模塊的輸入端en相接；

系統(tǒng)輸入信號(hào)fin與數(shù)字鑒相器模塊輸入端fin相接；

數(shù)字鑒相器模塊的輸出信號(hào)有三個(gè)，分別為ah、be及ua，其中ah、be分別與流水線數(shù)字濾波器模塊的輸入端ah、be相接，ua與流水線變模控制器模塊的輸入端ua相接；

流水線變模控制器模塊的輸出端km與流水線數(shù)字濾波器模塊的輸入端km相接；

流水線數(shù)字濾波器模塊的兩個(gè)輸出端進(jìn)位信號(hào)inc輸出端及借位信號(hào)dec分別與加扣脈沖控制電路模塊輸入端inc、dec相接；

加扣脈沖控制電路模塊的輸出端idout與流水線分頻器模塊的輸入端idout相接；

計(jì)算系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)頻率與系統(tǒng)輸入信號(hào)頻率的比值關(guān)系，設(shè)置分頻系數(shù)N，將其作為流水線分頻器模塊的分頻系數(shù)N輸入端，流水線分頻器模塊的輸出端fout為系統(tǒng)的輸出信號(hào)端，同時(shí)又反饋到系統(tǒng)的輸入端口作為數(shù)字鑒相器模塊的輸入端。