一种结合使能控制的采样钟同步实现方法
分布式数据采集系统中的时钟同步
分布式数据采集系统中的时钟同步引言随着网络技术的发展，各种分布式的网络和局域网都得到了广泛的应用[1]。
分布式数据采集系统广泛应用于船舶、飞机等采集数据多、实时性要求较高的地方。
同步采集是这类分布式数据采集系统的一个重要要求，数据采集的实时性、准确性和系统的高效性都要求系统能进行实时数据通信。
因此，分布式数据采集系统中的一个关键技术就是实现数据的同步传输。
由于产生时钟的晶振具有频率漂移的特性，故对于具有多个采集终端的分布式系统，如果仅仅在系统启动时进行一次同步，数据的同步传输将会随着系统运行时间的增长而失步。
因此时钟的同步就是保证数据同步传输的关键所在。
2002年提出的IEEE1588标准旨在解决网络的时钟同步问题。
它制定了将分散在测量和控制系统内的分离节点上独立运行的时钟，同步到一个高精度和高准确度时钟上的协议。
由于分布式数据采集系统工作于局域网的环境中，于是借鉴IEEE1588标准中的思想，设计出一种针对基于局域网的分布式系统的时钟同步的机制，成功地在分布式数据采集系统中实现了μs级的同步。
1 时钟同步原理及实现时钟同步原理借鉴了IEEE1588协议中的同步原理。
IEEE1588 定义了一个在工业自动化系统中的精确同步时钟协议(PTP 协议)，该协议与网络交流、本地计算和分配对象有关。
IEEE1588 时钟协议规定，在进行时钟同步时,先由主设备通过多播形式发出时钟同步报文,所有与主设备在同一个域中的设备都将收到该同步报文。
从设备收到同步报文后,根据同步报文中的时间戳和主时钟到从时钟的线路延时计算出与主时钟的偏差,对本地的时钟进行调整[2]。
系统由各个单元的系统控制板（简称“系统板”）来完成同步的工作。
同步模型与IEEE1588时钟协议一致，采用主从结构。
主从单元采用相同频率的晶振，此时时钟同步的关键就是解决时钟相位对准问题和时钟漂移的问题。
系统中采用的时间同步算法，是借鉴IEEE1588的同步原理，主要是采用约定固定周期同步的算法。
同步时间交替采样adc的结构和原理
同步时间交替采样adc的结构和原理
同步时间交替采样ADC（Time-Interleaved ADC）是一种高速ADC结构，其原理和结构如下：
1. 结构：
同步时间交替采样ADC由多个子ADC组成，每个子ADC 都具有相同的采样率和分辨率。
这些子ADC按照固定的时间间隔进行交替采样，以确保整个ADC系统的采样率得到提高。
为了确保各个子ADC之间的同步，需要使用一个精确的时钟信号对它们进行同步控制。
2. 原理：
在同步时间交替采样ADC中，输入信号被分成多个子信号，每个子信号都通过一个子ADC进行采样和量化。
由于各个子ADC按照固定的时间间隔进行交替采样，因此整个ADC系统的采样率得到了提高。
具体来说，如果有N 个子ADC，则整个ADC系统的采样率将是单个子ADC采样率的N倍。
在采样完成后，需要对各个子ADC的输出进行合并和处理，以得到最终的数字输出信号。
为了确保合并的准确性，需要使用一些校准和校正技术来消除各个子ADC之间的偏差和失配。
总之，同步时间交替采样ADC是一种高速、高分辨率的ADC结构，可以广泛应用于通信、雷达、音频和视频等领域。
多通道数据采集卡同步功能的设计与实现_高健
第25卷第1期2008年1月机 电 工 程M EC HAN ICAL &ELECTR ICAL ENG INEER I NG M AGA Z I NE V o.l 25N o .1Jan .2008收稿日期:2007-07-24作者简介:高 健(1982-),男,浙江安吉人,主要从事嵌入式系统设计方面的研究。
多通道数据采集卡同步功能的设计与实现高 健,杨成忠,唐明明(杭州电子科技大学自动化学院,浙江杭州310018)摘 要:介绍了多通道数据采集卡同步功能的实现方法,讨论和处理了实现同步功能的相关问题。
该设计采用一种二级时钟分配方案,不仅实现了板内各通道的真正实时的同步采集,并且可以方便灵活地实现多块板卡的板间同步,具有高速、高精度、多路同步采集的特点,可广泛应用于对信号的同步性能要求较高的数据测量系统中。
关键词:数据采集;同步触发;A /D 转换中图分类号:TP393 文献标识码:A文章编号:1001-4551(2008)01-0082-04D esign and rea lization of t he si m ult aneous f unction in t he m ult-i channel data acquisition cardGAO Jian ,YANG Cheng -zhong ,TANG M ing -m i n g(C ollege of A uto m ation ,H angzhou D ianzi University,H angzhou 310018,China)Abstrac t :The design and rea lization of the s i m u ltaneous f unc ti on i n the mu lt-i channe l data acqu isiti on card w ere i ntroduced .A nd also the corre l a ti ve po i nts o f t he si m ultaneous function w ere d iscussed and d i sposed .The desi gn used a t w o -step c l ock distr-i bu tion ,which not only rea lized the rea-l ti m e mu lt-i channe l si m u ltaneous acqu isiti on i n one card ,bu t also rea lized t he si m u ltane -ous acqu i sition f uncti on i n m ore t han one card v ery conven ientl y.The ca rd has the feat ures o f h i gh -speed ,h i gh precision and mu lt-i channel si m ultaneous acqu i s ition ,can be w i de l y used in t he da ta acqu isiti on system w hich has h i gh request of t he si m ulta -neous si gna.lK ey word s :data acquisiti on ;si m u ltaneous tri gge r ;A /D conve rt0 前 言随着电子技术的深入发展和科研生产的需要,人们已经不再满足于用单路A /D 数据采集来分时采集多路测试信号。
fpga中的时间同步
fpga中的时间同步
FPGA中的时间同步是指在FPGA系统中实现各个模块之间的时
间一致性。
时间同步在很多应用中都是非常重要的，特别是在通信
系统、数据采集系统和控制系统中。
下面我将从几个方面来讨论FPGA中的时间同步。
首先，FPGA中的时间同步可以通过外部时钟源来实现。
FPGA通
常会接收外部的时钟信号作为参考时钟，各个模块可以根据这个参
考时钟来进行同步操作。
这种方式可以确保各个模块的操作都基于
同一个时钟信号，从而实现时间同步。
其次，FPGA中的时间同步也可以通过内部时钟管理模块来实现。
FPGA通常会包含一些时钟管理模块，可以用来生成各种时钟信号，
包括同步时钟和异步时钟。
通过合理配置这些时钟管理模块，可以
实现各个模块之间的时间同步。
另外，FPGA中的时间同步还可以通过专门的同步电路来实现。
例如，可以使用FIFO（First In First Out）缓冲器来进行数据的
同步传输，从而确保各个模块之间的数据传输是同步的。
此外，还
可以使用专门的同步信号线来进行同步控制，确保各个模块的操作
是同步的。
除了上述方法，还可以通过协议来实现FPGA中的时间同步。
例如，在通信系统中，可以使用协议来约定各个节点的时间同步方式，从而实现整个系统的时间同步。
总的来说，FPGA中的时间同步是一个复杂而重要的问题，需要
在设计和实现阶段充分考虑各个模块之间的时间一致性。
通过合理
的时钟管理、同步电路设计和协议约定，可以有效地实现FPGA系统
中的时间同步。
时钟采样原理
时钟采样原理时钟采样是指通过时钟信号对模拟信号进行离散化处理的过程。
在现代电子设备中，时钟采样被广泛应用于数字信号处理、通信系统、音频和视频处理等领域。
本文将深入探讨时钟采样原理及其应用。
一、时钟采样的原理时钟采样的原理基于奈奎斯特采样定理，该定理指出：在采样过程中，采样频率必须大于等于模拟信号中最高频率的两倍，才能完整地还原出原始模拟信号。
时钟采样的过程主要包括两个步骤：采样和量化。
采样是指在给定时钟信号的触发下，对模拟信号进行瞬时取样。
量化则是将采样得到的连续模拟信号值转换为离散的数字信号值。
在时钟采样中，时钟信号起到了至关重要的作用。
时钟信号的稳定性和准确性直接影响到采样的精度和信号还原的质量。
通常情况下，时钟信号由晶体振荡器提供，通过频率稳定的振荡器产生，并通过分频电路进行频率调整。
二、时钟采样的应用1. 数字信号处理：时钟采样在数字信号处理中起到了关键作用。
通过时钟采样，模拟信号可以被转换为数字信号，便于数字信号的处理和传输。
常见的应用包括数字滤波、频谱分析、数据压缩等。
2. 通信系统：时钟采样在通信系统中广泛应用于数据传输和接收。
在数字通信中，模拟信号经过时钟采样后，可以以数字形式通过信道传输。
接收端再通过解调等处理将数字信号还原为模拟信号。
3. 音频处理：时钟采样被广泛应用于音频处理领域。
通过时钟采样，模拟音频信号可以被转换为数字音频信号，便于音频信号的录制、存储和处理。
常见的应用包括音频编码、音频合成等。
4. 视频处理：时钟采样在视频处理中也起到了重要作用。
通过时钟采样，模拟视频信号可以被转换为数字视频信号，便于视频信号的录制、存储和处理。
常见的应用包括视频编码、视频剪辑等。
三、时钟采样的挑战时钟采样虽然在各个领域中得到了广泛应用，但也面临着一些挑战。
其中最主要的挑战之一是时钟抖动问题。
由于时钟信号的抖动或不稳定性，会导致采样时刻的偏差，进而影响到采样精度和信号还原的质量。
为了解决这个问题，需要采用更加精密的时钟源和抖动补偿技术。
MCBSP
MCBSP简述：略MCBSP原理：原理图及相应的引脚时钟与同步的产生：简述：接收和发送的同步脉冲和时钟可以由内部产生，也可以由外部驱动，当MCBSP作为外部同步帧输入的时候，会在时钟的下降沿采集数据。
作为输出的时候，在时钟的上升沿产生数据，在这里可以做极性的调整以适应不同数据传输的要求，极性调整由FSRP，FSXP 等寄存器BIT位定义，不管怎样，数据总是在MCBSP上升沿产生，在MCBSP下降沿采集。
采样率发生器：采样率发生器有一个3级时钟分频器构成，可以提供一个可编程的数据时钟和帧信号，主要计算由比特域CLKGDV，FPER，FWID构成。
寄存器简述：RCR，PCR，SRGR，XCRRCR：Receive Control Register接收控制寄存器RPHASE：相位，传输数据不同的次数，设置为0，表示该数据仅有一种固定bit数，设置为1，表示数据有2种不同的bit数，可以支持不同数目的数据传输RFRLEN2：2阶段接收帧长度，帧数RWDLEN2：2阶段接收字长度，每帧的bit数RCOMPAND：压缩模式RFIG：是否忽略不期望的干扰或者突发帧RDATDL Y：读延时RFRLEN1：1阶段接收帧长度，帧数RWDLEN1：1阶段接收字长度，每帧的bit数RWDREVRS：32位翻转使能，条件是RWDLEN1/2比特设置为1，RCOMPAND应设置为1，否则没定义PCR：Pin Control Register引脚控制寄存器XIOEN：当发送器使能关闭时，为发送通用的I/O模式，当XRST＝0且XIOEN为1的时候DX为通用输出引脚，FSX,CLKX为通用I/O引脚。
RIOEN：与XIOEN类似FSXM：发送帧同步模式位FSRM：接收帧同步模式位CLKXM：发送时钟模式位CLKRM：接收时钟模式位CLKSSTAT：当配置为通用输入输出引脚时，配置CLKS引脚值，即CLKSSTAT为0，CLKS 为逻辑低，CLKSSTA T为1的时候，CLKS为逻辑高DXSTA T：与上面类似，描述DX引脚RXSTAT：与上面类似，描述RX引脚FSXP：发送帧同步极性位FSRP：接收帧同步极性位CLKXP：发送时钟同步位CLKRP：接收时钟同步位SRGR：Sample Rate Generator Register采样速率发生寄存器GSYNC：当外部时钟驱动采样率发生器的时候，该位才使用CLKSP：外部时钟驱动时的极性选择位CLKSM：采样率发生器时钟模式位FSGM：采样率发生器帧同步模式位FPER:帧周期有效指示位FWID：帧同步脉冲宽度CLKGDV：采样率输出时钟分频值XCR：Transmit Control Register发生控制寄存器与RCR类似，略MCBSP标准操作：基本配置解释如下：仅包含数据配置数据长度是固定的，因此PHASE为0，每一个帧有8个数据，因此WDLEN1为000B，每次传输的一个帧，因此FRLEN1为0，没有第二种帧的情况，可以忽略(R/X)FRLEN2 和R/X)WDLEN2，在上升沿发送数据，在下降沿接收数据，正常模式，因此CLK(R/X)P =为0，正常的高电平帧同步信号，FS(R/X)P为0，发送/接收延时为1。
示波器外部时钟同步
示波器外部时钟同步1.引言1.1 概述示波器是现代电子仪器中常见且重要的设备之一。
它主要用于捕捉和显示电信号的波形，帮助工程师分析电路的工作状态、故障和性能。
随着科技和电子行业的不断发展，现代示波器的性能和精度要求也越来越高。
在一些特定的应用场景中，为了确保示波器的准确测量和数据采集，需要通过外部时钟同步的方式来提高测量的精度和一致性。
外部时钟同步是一种将示波器的内部时钟与外部时钟信号同步的技术手段。
通过外部时钟信号的输入，示波器能够按照外部时钟的频率和相位进行采样和计算，从而确保示波器的测量结果与外部时钟的精度保持一致。
外部时钟同步的应用范围广泛，主要用于以下情况：首先，当需要与其他设备进行数据同步时，可以通过外部时钟同步来确保示波器与其他设备之间的数据一致性，实现多设备之间的数据协同工作。
其次，对于一些需要高精度测量的应用场景，示波器的内部时钟往往无法满足精度要求，此时可以通过外部时钟同步来提高测量的准确性。
此外，外部时钟同步还可以用于信号发生器和示波器的同步，实现更加精确的频率和相位测量。
总之，外部时钟同步是一项重要的技术手段，能够提高示波器的测量精度和一致性。
随着科技的不断进步和应用需求的增加，外部时钟同步技术在电子工程领域中的应用将会更加广泛。
1.2 文章结构本文将围绕示波器外部时钟同步展开深入探讨。
全文共分为三个主要部分，分别是引言、正文和结论。
在引言部分，将首先对文章进行一个整体的概述，简要介绍示波器外部时钟同步的背景和意义。
接着，将详细介绍文章的结构，列出各个部分的主要内容和重点，为读者提供一个整体的阅读框架。
最后，明确文章的目的，即通过对示波器外部时钟同步的探讨，使读者对该技术有更深入的了解。
在正文部分，将分为两个小节，分别是示波器外部时钟同步的原理和应用。
首先，会深入解析示波器外部时钟同步的基本原理，包括外部时钟同步技术的工作原理、关键组成部分等。
通过对原理的详细介绍，读者将能够更好地理解外部时钟同步的基本原理和工作方式。
异步时钟数据采样的方法
异步时钟数据采样的方法异步时钟数据采样有多种方法，以下是一些常见的方法：1.双锁存器法：这种方法使用两个锁存器来减小亚稳态的出现几率。
第一个锁存器可能出现亚稳态，但第二个锁存器出现亚稳态的几率已经降到非常小。
双锁存器虽然不能完全根除亚稳态的出现，但基本能够在很大程度上减小这种几率。
2.结绳法：这种方法利用数据的边沿作为时钟。
可以将脉冲无限延长，直到可以采集到数据，然后复位。
需要注意的是，要考虑产生数据的频率。
3.异步FIFO机制：在大型IP中很常见，尤其对数据量较大的传输。
可以利用FIFO来缓存一定量的数据，进而提高数据传输效率。
4.硬件handshake机制：一方发送请求数据，另一方收到请求后，对请求信号进行同步处理，然后回复ack和数据。
请求方收到ack后做同步处理并将数据缓存到本地时钟域。
5.利用sync bit来锁存多bit数据：返回数据的一方提供当前数据以及数据valid信号。
接收方先对valid进行同步，然后利用同步后的valid去采样数据，这样就保证了采样时刻，数据是稳定的。
6.多bit同时锁存：在新时钟域中将多bit信号进行锁存，并根据需求打几拍。
当最后两拍数据相同时，认为所有bit数据同步成功，此时可以直接输出。
7.格雷码机制：将多bit转格雷码，格雷码的特点是每次只有1个bit翻转。
因此，经过格雷码输出的多bit也就等价为单bit的情况，可以直接打几拍输出。
8.软件flow来避免异步问题：在设计中，当需要更新某些配置时，可以通过软件先关闭模块使能或者时钟使能等方法，然后改写配置。
等配置信息更新完成后，再打开模块进行工作。
这种方法完全靠软件flow来保证异步，可以节省硬件资源，但缺点是不够灵活。
以上方法各有优缺点，应根据具体的应用场景和需求选择适合的方法。
用CLOCKBUFFER达到时钟同步
⽤CLOCKBUFFER达到时钟同步CLOCK BUFFER芯⽚（PI49FC3803、PI49FC3804、ICS8304）在⽹络通讯领域，ATM交换机、核⼼路由器、千兆以太⽹以及各种⽹关设备中，系统数据速率、时钟速率不断提⾼，相应处理器的⼯作频率也越来越⾼;数据、语⾳、图像的传输速度已经远远⾼于500Mbps，数百兆乃⾄数吉的背板也越来越普遍。
数字系统速度的提⾼意味着信号的升降时间尽可能短，由数字信号频率和边沿速率提⾼⽽产⽣的⼀系列⾼速设计问题也变得越来越突出。
当信号的互连延迟⼤于边沿信号翻转时间的20%时，板上的信号导线就会呈现出传输线效应，这样的设计就成为⾼速设计。
⾼速问题的出现给硬件设计带来了更⼤的挑战，有许多从逻辑⾓度看来正确的设计，如果在实际PCB设计中处理不当就会导致整个设计失败，这种情形在⽇益追求⾼速的⽹络通信领域更加明显。
专家预测，在未来的硬件电路设计开销⽅⾯，逻辑功能设计的开销将⼤为缩减，⽽与⾼速设计相关的开销将占总开销的80%甚⾄更多。
⾼速问题已成为系统设计能否成功的重要因素之⼀。
因⾼速问题产⽣的信号过冲、下冲、反射、振铃、串扰等将严重影响系统的正常时序，系统时序余量的减少迫使⼈们关注影响数字波形时序和质量的各种现象。
由于速度的提⾼使时序变得苛刻时，⽆论事先对系统原理理解得多么透彻，任何忽略和简化都可能给系统带来严重的后果。
在⾼速设计中，时序问题的影响更为关键，本⽂将专门讨论⾼速设计中的时序分析及其仿真策略。
1 公共时钟同步的时序分析及仿真 在⾼速数字电路中，数据的传输⼀般都通过时钟对数据信号进⾏有序的收发控制。
芯⽚只能按规定的时序发送和接收数据，过长的信号延迟或信号延时匹配不当都可能导致信号时序的违背和功能混乱。
在低速系统中，互连延迟和振铃等现象都可忽略不计，因为在这种低速系统中信号有⾜够的时间达到稳定状态。
但在⾼速系统中，边沿速率加快、系统时钟速率上升，信号在器件之间的传输时间以及同步准备时间都缩短，传输线上的等效电容、电感也会对信号的数字转换产⽣延迟和畸变，再加上信号延时不匹配等因素，都会影响芯⽚的建⽴和保持时间，导致芯⽚⽆法正确收发数据、系统⽆法正常⼯作。
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一种结合使能控制的采样钟同步实现方法
作者：李大炜
来源：《现代电子技术》2013年第11期
摘要：许多通信场景中调制信号不能完全满足过零特性，常用检测方法都不能直接应用，为了解决这个问题，采用了一种结合使能控制的采样钟同步方法。
通过使能信号控制环路中的Gardner定时误差检测模块，达到环路收敛的目的。
该方法既利用了通常的Gardner算法结构，具有低复杂度特性，又保证了环路可以可靠工作。
在实验过程中给出了具体的工程实现流程，并通过仿真验证了该方法的有效性。
关键词：使能控制；采样钟；同步； Gardner算法结构
中图分类号： TN911.7⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）11⁃0145⁃03
0 引言
出于实现成本和复杂度考虑，数字通信接收机通常采用固定频率晶振实现信号采样。
由于工艺原因，实际频率和额定频率之间会存在不可避免的频率误差，从而使得基于数字电路实现的采样钟恢复环路是多数系统中的必不可少的模块之一。
目前，针对不同场景，学者们已经提出了多种采样钟恢复算法[1⁃3]，它们的基本架构类似，主要区别在于定时误差检测采用的算法不同，而且对输入信号的特性要求也不同。
纵观这些定时误差检测算法，最常用的包括Gardner检测算法[4⁃5]和相关检测算法[2]。
其中，前者要求输入检测器的数据率为符号率的两倍，而且数据中的过零点要足够多，目前，这种方法已经成功应用到欧洲DVB⁃C、美国ATSC⁃T等多种系统接收机实现中。
另外，由于卫星通信中多采用低阶QPSK等调制方式，满足其对过零特性的要求，Gardner算法在卫星通信领域也有很大的应用前景，如DVB⁃S/DVB⁃S2等系统接收机。
相关检测算法适合发送信号中包含一段已知的训练信号，且该段数据的自相关特性较优，算法需要输入的数据率是符号率的四倍，相关检测算法也有很广泛的应用，也涌现了许多改进算法以及在基本构架基础上的并行实现方法[6⁃11]。
但是，实际的通信体制中，存在许多场景，仅部分信号满足过零特性，如仅有一段数据采用过零特性较好的调制方式，其他数据采用OFDM调制或者其他调制方式。
此时，上文提到的两种检测方法都不能直接应用。
出于这种考虑，本文给出了一种结合使能控制的采样钟同步实现方法，该方法既利用了通常的Gardner算法结构，具有低复杂度特性，又保证了环路可以可靠工作。
1 典型的基于Gardner算法的采样钟同步环路
如图1所示，基于Gardner算法的采样钟同步环路包括四个主要部分：内插滤波器、Gardner定时误差检测器、低通滤波器和数控振荡器。
内插滤波器根据输入的数据序列和小数因子内插得到新的数据符号，可以采用三角内插、分段抛物内插等实现，其内插性能决定了环路的恢复精度；低通滤波器实现对估计误差的滤波，其带宽决定了环路是否收敛、收敛速度以及收敛精度；数控振荡器根据滤波器输出计算符号率使能信号和两倍的符号率使能信号，其中前者控制滤波器，后者控制Gardner定时误差检测器。
Gardner定时误差检测器用三个连续的采样点来求得定时误差，即：。