（通信與信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)論文）突發(fā)模式時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 光纖接入市場(chǎng)的升溫，給下一代光線(xiàn)接入技術(shù)帶來(lái)快速發(fā)展的機(jī)遇。無(wú)源 光網(wǎng)絡(luò)( p o n ) 為光纖到戶(hù)( f i b e r - t o t h e h o m e ，硎) 提供了一種低成本的接 入技術(shù)。隨著產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展、成本的持續(xù)下降，p o n 在全球范圍內(nèi)得到了廣 泛的應(yīng)用。 下一代p o n 的傳輸速率以1 0 g b i t s 為目標(biāo)，而大規(guī)模的部署1 0 gp o n 網(wǎng)絡(luò) 的成本太高。目前1 2 5 g b i t s 的速率很難滿(mǎn)足越來(lái)越多元化的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)對(duì)帶寬的 需要，因此需要選擇一個(gè)中間速率作為下一代p o n 的過(guò)渡技術(shù)。 本文在分析了當(dāng)前時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，以突發(fā)模式時(shí)鐘數(shù)據(jù) 恢復(fù)為對(duì)象，設(shè)計(jì)了突發(fā)模式時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路方案。該方案通過(guò)提取高速串 行數(shù)據(jù)中的相位信息，調(diào)整本地與串行數(shù)據(jù)同頻的時(shí)鐘相位到最佳采樣點(diǎn)。可 以在較少的前導(dǎo)碼開(kāi)銷(xiāo)中完成時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)工作。在本文的第二部分，設(shè)計(jì)了 過(guò)采樣實(shí)現(xiàn)突發(fā)模式數(shù)據(jù)恢復(fù)的電路，便于f p g a 實(shí)現(xiàn)和a s i c 定制。 1 本文研究了適合突發(fā)模式的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路，這種電路通過(guò)邊沿檢測(cè) 電路提取高速串行數(shù)據(jù)中的相位信息，觸發(fā)相位拾取電路動(dòng)態(tài)地調(diào)整采樣時(shí)鐘 的輸出，將采樣時(shí)鐘的輸出控制在數(shù)據(jù)最佳采樣點(diǎn)附近。在詳細(xì)分析電路工作 過(guò)程的同時(shí)對(duì)電路進(jìn)行了理論分析。 2 利用p s p i c e 對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行原理性驗(yàn)證。通過(guò)單元仿真優(yōu)化并確定電路各個(gè) 關(guān)鍵參數(shù)。聯(lián)合s i m u l i n k 對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)仿真。仿真結(jié)果表明，基于相位拾取 的突發(fā)模式時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路可以完成時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)的基本功能。 3 針對(duì)突發(fā)模式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種可以在f p g a 上定制 的基于空間過(guò)采樣的突發(fā)模式時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路。該方案采用一種新的最佳時(shí) 刻選取算法，降低了過(guò)采樣方法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度。同時(shí)建立了p o n 系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 傳輸接收系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。功能驗(yàn)證表明該系統(tǒng)可以正確地提取突發(fā) 數(shù)據(jù)包中的有效數(shù)據(jù)，完成突發(fā)模式時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)功能。同時(shí)，時(shí)序仿真也滿(mǎn) 足設(shè)計(jì)要求。此外，數(shù)據(jù)傳輸接收系統(tǒng)和時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)系統(tǒng)都是可綜合的，便 于f p g a 實(shí)現(xiàn)，同時(shí)對(duì)突發(fā)模式數(shù)據(jù)接收處理也有一定的參考作用。 關(guān)鍵詞：突發(fā)時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)，相位信息，最佳采樣時(shí)刻，誤碼，功能驗(yàn)證 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t f i b e r - o p t i ca c c e s sm a r k e ti sh e a t i n gu p ，t 0l i g h tan e x tg e n e r a t i o no fa c c e s s t e c h n o l o g yo p p o r t u n i t i e sb r o u g h ta b o u tb yt h er a p i dd e v e l o p m e n t p a s s i v eo p t i c a l n e t w o r k ( p o n ) p r o v i d e sal o we a s ta c c e s st e c h n o l o g yf o rf i b e rt o t h eh o m e p o n w o r k st os o l v et h ep i v o to fh i g h - s p e e db a c k b o n en e t w o r ka n dl o c a la r e an e t w o r k , o r ”l a s tm i l e ”p r o b l e m w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g y , c o s t sc o n t i n u e dt od e c l i n e ， p o nh a sb e e nw i d e l yu s e da l lo v e rt h ew o r l d n e x t g e n e r a t i o np o nt r a n s m i t sa t t h er a t eo f1 0 g b i t s ，a n dt h el a r g e s c a l e d e p l o y m e n to f1 0 gp o n n e t w o r ki st o oc o s t l y t h er a t eo f1 2 5 g b i t si sh a r dt o s a t i s f yt h ei n t e r n e ts e r v i c e sw h i c ha r em o r ea n dm o r ep l e n t i f u l ，s ot h e r ei san e e dt o s e l e c tam i d d l er a t eo ft h et r a n s i t i o na san e x t - g e n e r a t i o np o n t e c h n o l o g y t h i sp a p e ra n a l y z e st h ed e v e l o p m e n to fc l o c ka n dd a t ar e c o v e r y , a n dd e s i g n sa s c h e m eo fc l o c ka n dd a t ar e c o v e r ya tb u r s tm o d e t h i ss c h e m en e e d st oo b t a i nt h e p h a s eo ft h ed a t a , t h e na d j u s tt h el o c a lc l o c kt ot h eb e s ts a m p l ep o i n t i tj u s to n l y n e e d saf e wp r e a m b l eb i t st oc o m p l i c a t et h ef u n c t i o no fc l o c ka n dd a t ar e c o v e r y a t t h es e c o n dp a r to fp a p e r , d e s i g nac d rt h o u g h to v e r s a r n p l i n g 1 t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ec i r c u i tw h i c hs u i tf o rc l o c ka n dd a t ar e c o v e r ya tb u r s t m o d e t h i sc i r c u i ti n c l u d e sae d g ed e t e c t o rt oe x t r a c tt h ep h a s eo fh i 曲s p e e dd a t a , a n dt r i g g e rc o n t r o lc i r c u i ta d j u s tt h eo u t p u to fv o l t a g ec o n t r o l l e do s c i l l a t o r d y n a m i c a l l y t h eo u t p u ti s l o c a t e da tt h eb e s ts a m p l i n gp o i n t a n a l y z e st h e p r i n c i p l ea n dp e r f o r m a n c e 2 u s i n gp s p i c et ov e r i f yt h ed e s i g n ，a n dm o d i f yt h ei m p o r t a n tp a r a m e t e r sb yt h e u n i ts i m u l a t i o n u s i n gs i m u l i n k p s p i c et os i m u l a t et h es y s t e m t h es i m u l a t i o n r e s u l t ss h o wt h a tt h eb u r s tm o d ec l o c kd a t ar e c o v e r yc i r c u i tb a s e do np h a s e a l i g n m e n tc a l lc o m p l e t ec l o c ka n d d a t ar e c o v e r yf u n c t i o n 3 t h e r ea r em u c hd i f f i c u l tt oa c h i e v eg h zu s i n gd i s c r e t ed e v i c e s b a s eo nt h e f e a t u r e so ft h ed a t as t r u c t u r ea n dt r a n s m i s s i o no fb u r s tm o d e ，t h i sp a p e rd e s i g n s t h eo t h e r b u r s tm o d ec l o c kd a t ar e c o v e r yc i r c u i tb a s e do no v e r s a m p l i n gw h a tc a n c u s t o mb u i l do nf p g a t h i sd e s i g nu s e san e wa l g o r i t h mt oc h o o s et h eb e s t 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 s a m p l ep o i n t ，r e d u c i n gt h ec o m p l e x i t y a n db u i l dad a t at r a n s m i s s i o na n dr e c e i v e s y s t e mt ov e r i f yt h ed e s i g n t h er e s u l ts h o w st h a tt h es y s t e mc a ne x t r a c tt h ed a t a e x a c t l y , a n dc o m p l e t et h ef u n c t i o no fc l o c ka n dd a t ar e c o v e r y f u r t h e r m o r e ，t h e s y s t e ma n dt h em o d u l eo fc d r c a l lb es y n t h e s i z e d ，t h e yc a l lb eb u i l to nf p g a , a n dr e f e r e n c et op l a yt h er o l eo fd a t ap r o c e s s i n go fb u r s tm o d e k e yw o r d s ：b u r s tm o d ec l o c ka n dd a t ar e c o v e r y ，p h a s ei n f o r m a t i o n ，b e s ts a m p l e p o i n t ，b i te r r o r , f u n c t i o nv e r i f i c a t i o n i i i 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及 取得的研究成果。盡我所知，除了文中特 l i j j j t l 以標(biāo)注和致謝的地方外， 論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得 武漢理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一 同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō) 明并表示了謝意。 獬：蚌蝴：址 學(xué)位論文使用授權(quán)書(shū) 本人完全了解武漢理工大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即： 學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版， 允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)武漢理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的 全部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制 手段保存或匯編本學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)經(jīng)武漢理工大學(xué)認(rèn)可的國(guó)家有 關(guān)機(jī)構(gòu)或論文數(shù)據(jù)庫(kù)使用或收錄本學(xué)位論文，并向社會(huì)公眾提供信息 服務(wù)。 ( 保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定) 研究生( 簽名) ：御中導(dǎo)師( 簽名) 私日期研 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1 章緒論 寬帶光接入的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)( e o n ) 技術(shù)能夠大量節(jié)省主干光纖和局端設(shè)備光 接口，高密集用戶(hù)區(qū)域成本低，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，業(yè)務(wù)透明性較好，網(wǎng)絡(luò)配置靈 活，綜合優(yōu)勢(shì)明顯，是未來(lái)寬帶光接入及刪( 光纖到戶(hù)) 方式的主要技術(shù)選 擇。過(guò)去十年里p o n 網(wǎng)絡(luò)在接入應(yīng)用中取得了廣泛的成功。尤其是近幾年，該 技術(shù)由a t mp o n ( a p o n ) 演進(jìn)到寬帶p o n ( b p o n ) 然后到兩種標(biāo)準(zhǔn)化的吉 比特p o n ( g p o n 和g e p o n ) 。網(wǎng)絡(luò)提供商和用戶(hù)大體上對(duì)于目前的帶寬是滿(mǎn) 意的，但是隨著端對(duì)端網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越受歡迎，i f l w 被廣泛接受等原因，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶 寬的需求還在不斷增長(zhǎng)，這些情況當(dāng)初設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候都是沒(méi)有料到的。全球 對(duì)于高速數(shù)據(jù)的定義每年都會(huì)向上翻倍。如何利用現(xiàn)有p o n 網(wǎng)絡(luò)資源部署下一 代p o n 網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。 1 1 下一代p o n 網(wǎng)絡(luò)概述 對(duì)下一代p o n ( n g p o n ) 的最基本要求是為每個(gè)用戶(hù)提供比現(xiàn)在高得多的 帶寬。另外新技術(shù)要能夠在同樣的外線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架上運(yùn)作，這樣網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商可以 重用他們現(xiàn)在正在建造的接入網(wǎng)而不必構(gòu)建新的網(wǎng)絡(luò)。居民用戶(hù)對(duì)光網(wǎng)絡(luò)終端 ( o n t ) 的成本是高度敏感的，n g p o n 的o n t 成本不能增加太多。一些網(wǎng)絡(luò) 提供商可能會(huì)希望n g p o n 的o n t 比現(xiàn)在的o n t 還要便宜，這個(gè)要求只能通 過(guò)高度標(biāo)準(zhǔn)化和集成化來(lái)實(shí)現(xiàn)。從這個(gè)特殊的原因出發(fā)，下一代p o n 網(wǎng)絡(luò)很可 能只有現(xiàn)在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織中的一個(gè)來(lái)規(guī)范。 p o n 的兩個(gè)主要的標(biāo)準(zhǔn)化組織是i e e e 和i t u 。i e e e 負(fù)責(zé)g e p o n ( 1 2 5 g b p s 雙向，基于以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)) ，u 負(fù)責(zé)g p o n ( 2 4 g b p s 下行，1 2 g b p s 上行，基 于g p o n 封裝方式g e m 幀) 。兩個(gè)組織現(xiàn)在都在積極開(kāi)發(fā)n g p o n 標(biāo)準(zhǔn)【1 1 。 無(wú)論是l t u 還是i e e e 的p o n 標(biāo)準(zhǔn)都把速率的增加作為p o n 演進(jìn)到主要標(biāo) 準(zhǔn)，而且兩個(gè)組織都認(rèn)為1 0 g b p s 將會(huì)成為下行速率提升的第一步1 2 1 。技術(shù)方面 要達(dá)到1 0 g b p s 的下行速率主要的挑戰(zhàn)包括色散管理、接收機(jī)靈敏度以及更高傳 輸功率帶來(lái)的問(wèn)題。 i e e e 的1 0 ge p o n ( 8 0 2 3 a v ) 版本有很多細(xì)節(jié)已經(jīng)明確【3 l 。已經(jīng)定義了三 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 種光功率預(yù)算( 低、中、高) 和兩種上行速率( 1 g b p s 、1 0 g b p s ) 。1 g b p s 的上 行速率和現(xiàn)在的規(guī)范保持一致。1 0 g b p s 上行速率將會(huì)提供足夠的帶寬，不過(guò)在 未來(lái)幾年對(duì)居民用戶(hù)進(jìn)行大量部署還是太昂貴。 i e e e 的1 0 ge p o n 的優(yōu)勢(shì)在于它能相對(duì)較早地過(guò)度到n g p o n 。i e e e1 0 g e p o n 可以提供最高4 倍于g p o n 的帶寬給終端用戶(hù)。如果其成本可以和現(xiàn)在 的g p o n 相比，則1 0 ge p o n 對(duì)企業(yè)用戶(hù)也有吸引力，因?yàn)槠渖闲锌梢越?jīng)濟(jì)地 實(shí)現(xiàn)。 r r u 的1 0 gp o n 標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)沒(méi)有i e e e 的版本詳細(xì)。i e e e 只選擇了兩個(gè)上行速 率作為選項(xiàng)，不過(guò)正在爭(zhēng)取第三個(gè)可選速率2 5 g b p s 。這個(gè)速率利用了現(xiàn)在的 g p o n 下行技術(shù)，在1 2 5 g b p s ( 過(guò)低) 和1 0 g b p s ( 太貴) 中間提供了一個(gè)合理 的中間速率。 下一代p o n 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)特征有以下幾點(diǎn)： 1 更高的傳輸速率：1 0 g b i t s 及以上的傳輸速率。上下行對(duì)稱(chēng)1 0 g b i t s 或下 行1 0 g b i t s 上行1 g b i t s 的非對(duì)稱(chēng)系統(tǒng)。 2 更高的分路比：下一代p o n 應(yīng)支持至少1 ：6 4 的分光比，光功率預(yù)算也 包括2 0 d b 、2 4 d b 甚至2 8 d b 等。 3 更強(qiáng)的組網(wǎng)能力：下一代p o n 主要是面向兀t b c n 等場(chǎng)景的業(yè)務(wù)需求， 因此在設(shè)備形態(tài)、功能與性能、業(yè)務(wù)管控等方面得到顯著提升以滿(mǎn)足組網(wǎng)的需 求。 4 對(duì)e p o n g p o n 的兼容性：考慮到目前已經(jīng)大量部署的e p o n 和g p o n 系統(tǒng)，下一代p o n 應(yīng)該兼容e p o n 和g p o n ，以確保網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)，保護(hù)既 有投資。 綜上所述，完全基于標(biāo)準(zhǔn)的1 0 gp o n 在幾年之后才能誕生。目前的p o n 網(wǎng) 絡(luò)帶寬在越來(lái)越豐富的應(yīng)用面前顯得捉襟見(jiàn)肘，而大量部署1 0 g b p s 網(wǎng)絡(luò)對(duì)居民 用戶(hù)來(lái)說(shuō)又太貴，因此，選取一個(gè)合適的中間速率作為過(guò)渡方案，對(duì)p o n 網(wǎng)絡(luò) 產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和商用都有一定的意義。 1 2 時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)類(lèi)型及方法 同步是通信系統(tǒng)中一個(gè)重要的實(shí)際問(wèn)題。p o n 系統(tǒng)中的下行信號(hào)是連續(xù)的， 因此可以使用連續(xù)信號(hào)的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)方法提取時(shí)鐘和信號(hào)。上行信號(hào)是突發(fā) 模式，數(shù)據(jù)來(lái)自不同的節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)的延時(shí)和衰減都不相同，因此造成了突發(fā)模 2 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 式光信號(hào)和傳統(tǒng)光信號(hào)的區(qū)別。 p ( t ) 圖1 - 1p o n 系統(tǒng)上行信號(hào)示意圖 圖1 - 1 是p o n 系統(tǒng)上行信號(hào)示意圖。突發(fā)信號(hào)的特征是各分組信號(hào)( 包括 信號(hào)和開(kāi)銷(xiāo)) 間幅度、相位差異很大，而各分組信號(hào)時(shí)間間隔一般又很小，且 間隔不均衡，數(shù)據(jù)流中會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)連“1 或連“0 。如何在極短的時(shí)間內(nèi)快速 地對(duì)信號(hào)之間大的幅度、相位突變作出正確的響應(yīng)是突發(fā)技術(shù)的關(guān)鍵。突發(fā)信 號(hào)一般產(chǎn)生于多點(diǎn)發(fā)射一點(diǎn)接收的時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)中，各發(fā)射端到接收端的物理 距離不同、信道條件不同是產(chǎn)生信號(hào)突發(fā)特性的主要根源。 突發(fā)數(shù)據(jù)如圖1 2 所示，主要分為兩大部分前導(dǎo)碼和數(shù)據(jù)區(qū)，前導(dǎo)碼包括圖 中所示的前三部分，其中g(shù) u a r d 為保護(hù)時(shí)間，以防止來(lái)自不同光發(fā)射節(jié)點(diǎn)的光 突發(fā)信號(hào)發(fā)生碰撞，導(dǎo)致數(shù)據(jù)損失：a m p l i t u d er e c o v e r yf i l e d 為信號(hào)幅度恢復(fù)區(qū)， 用于峰值探測(cè)電路探測(cè)出信號(hào)的幅度，產(chǎn)生判決電平；c l o c kr e c o v e r yf i l e d 用于 突發(fā)同步電路，以恢復(fù)同步時(shí)鐘。c l o c kr e c o v e r yf i l e d 并不是必須的1 3 l 。高性能 的突發(fā)同步電路可以實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘相位的即時(shí)對(duì)準(zhǔn)，即首比特同步，無(wú)需額外的比 特開(kāi)銷(xiāo)。 g u a r d a m p l i t u d er e c o v e r yf i l e d c l o c kr e c o v e r yf i l e dd a t a illll 圖1 - 2 突發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) x p o n 上行為多點(diǎn)對(duì)一點(diǎn)的t d m a 通信方式。p o n 系統(tǒng)的測(cè)距機(jī)制保證不 同o n u 發(fā)送的信元在o l t 端互不碰撞，但測(cè)距精度有限，一般為_(kāi) - - l b i t ，o l t 端接收到的數(shù)據(jù)流為近似連續(xù)的數(shù)據(jù)流，不同o n u 發(fā)送的時(shí)隙之間有幾b i t s 的 防護(hù)時(shí)間，不同o n u 發(fā)送的時(shí)隙之間有相位突變。因此，必須在信元到達(dá)的前 幾個(gè)比特內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速突發(fā)比特同步。 3 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 3 突發(fā)時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 對(duì)于連續(xù)的數(shù)據(jù)而言，由于有效數(shù)據(jù)不問(wèn)斷地傳輸，因此相位一旦鎖定， 數(shù)據(jù)接收就可以一直正常進(jìn)行。然而對(duì)于突發(fā)數(shù)據(jù)而言，對(duì)每一個(gè)突發(fā)包都要 重新進(jìn)行時(shí)鐘同步。p l l 微秒量級(jí)的同步時(shí)間使其不能滿(mǎn)足高速通信中的突發(fā) 時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)( c d r ) 的要求【訓(xùn)。目前提出的基于o 1 8u mc m o s 工藝制造的寬 帶鎖相環(huán)技術(shù)可以在4 0 n $ 快速鎖定信號(hào)時(shí)鐘相位。在1 2 5 g b s 的數(shù)率下，恢復(fù) 的數(shù)據(jù)誤碼率可以控制在1 1 0 。1 0 【5 】以下。但是，4 0 n $ 的恢復(fù)時(shí)間，在2 4 8 8 g b s 的比特速率下，仍需要約1 0 0 個(gè)比特左右的前導(dǎo)碼的開(kāi)銷(xiāo)；對(duì)于3 1 2 5 g b s ，需 要至少1 2 5 比特的前導(dǎo)碼開(kāi)銷(xiāo)，速率更高時(shí)，前導(dǎo)碼的開(kāi)銷(xiāo)更大。 p o n 上行數(shù)據(jù)的幅度和相位是可以變化的。因此o l t 需要使用一個(gè)能夠快 速獲得相位的b m c d r ( 突發(fā)模式時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)) 。常用的突發(fā)模式時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢 復(fù)方法有過(guò)采樣和門(mén)控振蕩法。 過(guò)采樣【6 】【9 】可以分為時(shí)域過(guò)采樣和空間過(guò)采樣。時(shí)域過(guò)采樣，指用高于系統(tǒng) 速率幾倍的采樣速率，通過(guò)與前導(dǎo)碼的比較，選擇最佳的采樣。但是對(duì)吉比特 速率的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，這種方案相當(dāng)難實(shí)現(xiàn)；空間過(guò)采樣，是將時(shí)鐘信號(hào)復(fù)制多個(gè)， 且每個(gè)時(shí)鐘信號(hào)之間有一個(gè)相同的時(shí)延，采樣后的數(shù)據(jù)進(jìn)入相關(guān)器，相關(guān)器把 采樣的數(shù)據(jù)與已知的格式進(jìn)行比較，可以確定最佳時(shí)鐘，達(dá)到突發(fā)同步的目的。 空間過(guò)采樣，其采樣倍數(shù)取決于相位差?？梢?jiàn)，空間過(guò)采樣更適合高速率的時(shí) 鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)。 圖1 - 3 過(guò)采樣原理圖 圖1 3 是過(guò)采樣的原理圖。不論是時(shí)域過(guò)采樣還是空間過(guò)采樣，一個(gè)重要過(guò) 程就是對(duì)輸入信號(hào)和本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。相關(guān)運(yùn)算是在精確地知道接收信 號(hào)的頻率或碼速的前提下，讓接收的信號(hào)和已知的經(jīng)過(guò)延時(shí)的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn) 4 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 算，從運(yùn)算結(jié)果可以判定接收信號(hào)的相位。當(dāng)存儲(chǔ)信號(hào)和輸入信號(hào)有最小的相 位差時(shí)，相關(guān)取得最大值，此時(shí)就可以用此時(shí)鐘進(jìn)行信號(hào)提取【9 1 。 基于門(mén)控振蕩器或其他類(lèi)型的門(mén)電路。這種方法首先出現(xiàn)在文獻(xiàn)【1 0 】中。這 種類(lèi)型的c d r 通過(guò)輸入數(shù)據(jù)的跳變沿觸發(fā)本地時(shí)鐘，達(dá)到獲得時(shí)鐘相位的目的。 圖1 - 4 門(mén)控振蕩法原理圖 門(mén)控振蕩法提取相位是瞬時(shí)的，但是這種方法容易受到脈沖畸變的影響， 而且不能濾除輸入抖動(dòng)。文獻(xiàn) 1 1 1 d p 設(shè)計(jì)了一種消除抖動(dòng)的方法，但是電路實(shí)現(xiàn) 非常復(fù)雜。基于門(mén)控振蕩器或其他類(lèi)型門(mén)電路的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路是當(dāng)前突發(fā) 模式時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)主要的解決方案。從個(gè)人掌握的資料來(lái)看，文獻(xiàn) 1 2 1 3 1 利用 不同的制造工藝實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)速率為1 0 g 的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路。文獻(xiàn)1 1 4 1 采用注入 鎖定技術(shù)實(shí)現(xiàn)了2 0 g b p s 的突發(fā)模式時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)。參考文獻(xiàn) 1 5 1 通過(guò)門(mén)控振蕩 器實(shí)現(xiàn)了雙速率的突發(fā)模式時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)。參考文獻(xiàn)【1 6 1 實(shí)現(xiàn)了基于1 8 速率環(huán) 形振蕩器的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)連“0 或“1 ”信號(hào)的數(shù)據(jù)恢復(fù)。 過(guò)采樣法定技術(shù)復(fù)雜程度比門(mén)控振蕩法的復(fù)雜( 以使用晶體管數(shù)量為依據(jù)) 。 就技術(shù)難度本身而言，相關(guān)同步法涉及精確的延遲、各延遲翻版間的準(zhǔn)確的選 取和調(diào)度，需復(fù)雜的數(shù)字處理模塊才得以實(shí)現(xiàn)。 門(mén)控振蕩法比相關(guān)法稍顯簡(jiǎn)單，但是在兩個(gè)從振蕩器共用來(lái)自主振蕩器的 參考頻率、受數(shù)據(jù)信號(hào)控制兩從振蕩器實(shí)現(xiàn)輪換間歇振蕩、由兩個(gè)從振蕩器輸 出波形合成最終時(shí)鐘輸出和對(duì)合成時(shí)鐘時(shí)雜散微小脈沖的壓制、以及兩從振蕩 器之間的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)1 1 。7 。門(mén)控振蕩法兩個(gè)門(mén)控振蕩器在輸入數(shù)據(jù)的控制下輪流交 替工作，所以對(duì)器件的一致性要求極其嚴(yán)格。分離元件不可能實(shí)現(xiàn)，一般使用 5 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 c m o s 集成電路實(shí)現(xiàn)。 過(guò)采樣法由于涉及數(shù)字處理環(huán)節(jié)太多，同步較慢，一般為1 ts 量級(jí)。輸出時(shí) 鐘穩(wěn)定性不高，而且必須用突發(fā)塊開(kāi)頭幾個(gè)比特作為相關(guān)圖案建立比特同步。 門(mén)控振蕩法同步極快，同步開(kāi)銷(xiāo)較少，輸出時(shí)鐘穩(wěn)定性好，但頻譜不純凈。 不需專(zhuān)門(mén)比特開(kāi)銷(xiāo)作為同步圖案，首碼即可即時(shí)相位鎖定。門(mén)控振蕩法實(shí)現(xiàn)同 步瞬間，要求振蕩器從停止即刻開(kāi)始振蕩，而門(mén)控振蕩法所使用的振蕩器為延 遲振蕩器，其建立振蕩的過(guò)程是從振蕩回路恢復(fù)導(dǎo)通到振蕩在每個(gè)延遲單元完 全通過(guò)的過(guò)程，這樣在原理上就限制了同步時(shí)間的縮短。對(duì)于突發(fā)噪聲沒(méi)有處 理能力i 瑙j 。 1 4 本文的研究?jī)?nèi)容 時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)作為通信系統(tǒng)中重要部分，一直是研究的重點(diǎn)。本文首先對(duì) p o n 系統(tǒng)上行數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和常用的突發(fā)模式時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)方法做了歸納和總 結(jié)，然后根據(jù)p o n 系統(tǒng)上行數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于觸發(fā)相位拾取的突發(fā)模式 時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路，在吉比特級(jí)上做了理論分析和仿真，從原理上驗(yàn)證了設(shè)計(jì) 的可行性。考慮到分立器件直接實(shí)現(xiàn)吉比特電路的困難，在本文的第二部分利 用過(guò)采樣法實(shí)現(xiàn)了突發(fā)模式時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)，這種過(guò)采樣法的優(yōu)點(diǎn)在于用最佳值 選取法則代替了相關(guān)算法，減少了設(shè)計(jì)的硬件開(kāi)銷(xiāo)，便于f p g a 集成。 6 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2 章基于相位拾取的突發(fā)模式時(shí)鐘 數(shù)據(jù)恢復(fù)方案設(shè)計(jì) 上一章對(duì)現(xiàn)有常用的突發(fā)模式時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)的方法進(jìn)行了分析和比較。結(jié) 合以上方法的特點(diǎn)，本章將設(shè)計(jì)一種基于延時(shí)相位對(duì)齊的突發(fā)模式時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢 復(fù)方法。 2 1 突發(fā)模式時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路的方案設(shè)計(jì) 通過(guò)上一章的分析可以總結(jié)突發(fā)光信號(hào)和常規(guī)通信系統(tǒng)光信號(hào)的不同： ( 1 ) 信號(hào)幅度的不均衡； ( 2 ) 在數(shù)據(jù)流中其相位也不均衡； ( 3 ) 數(shù)據(jù)中有長(zhǎng)連“1 和長(zhǎng)連“0 ”的出現(xiàn)。 突發(fā)光信號(hào)在經(jīng)過(guò)前置接收機(jī)以后，輸出等幅的信號(hào)。因此在時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢 復(fù)階段，突發(fā)光信號(hào)時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)面臨的主要困難是( 2 ) 和( 3 ) 。由于數(shù)據(jù)流 中的相位不均衡，為了準(zhǔn)確地得到恢復(fù)數(shù)據(jù)，需要實(shí)時(shí)地調(diào)整恢復(fù)時(shí)鐘的相位， 以保證得到正確的恢復(fù)數(shù)據(jù)。此外，還要保證恢復(fù)數(shù)據(jù)的采樣時(shí)刻位于最佳數(shù) 據(jù)的最佳采樣點(diǎn)。同時(shí)，突發(fā)同步電路保證在出現(xiàn)長(zhǎng)連“1 或長(zhǎng)連“0 時(shí)， 恢復(fù)時(shí)鐘不發(fā)生偏移。 本章設(shè)計(jì)的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)方案的思想是通過(guò)輸入數(shù)據(jù)的相位調(diào)整采樣時(shí)鐘 的相位，克服數(shù)據(jù)包之間相位不均衡的問(wèn)題；采用獨(dú)立的采樣時(shí)鐘對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行 采樣，避免數(shù)據(jù)中“1 或長(zhǎng)連“0 對(duì)采樣時(shí)鐘的影響1 1 9 】。 如圖2 - 1 所示，時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路由四個(gè)部分組成：1 ) 邊沿檢測(cè)；2 ) 時(shí)鐘 調(diào)整電路；3 ) 相位拾??；4 ) 數(shù)據(jù)判決。 7 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖2 - 1 突發(fā)同步方案電路框圖 在圖2 - 1 中，邊沿檢測(cè)電路對(duì)輸入突發(fā)數(shù)據(jù)的跳變沿進(jìn)行檢測(cè)。這個(gè)電路可 以同時(shí)檢測(cè)出正跳變( 1 ) 和負(fù)跳變( 1 _ o ) 。這樣就可以得到含有信息的時(shí) 鐘相位信號(hào)。時(shí)鐘調(diào)整電路的主要作用監(jiān)測(cè)恢復(fù)時(shí)鐘，調(diào)整相位拾取電路的控 制信號(hào)，使相位拾取電路的輸出時(shí)鐘與輸入數(shù)據(jù)同頻。設(shè)計(jì)的核心部分是相位 拾取電路。邊沿脈沖信號(hào)觸發(fā)控制相位拾取電路，實(shí)時(shí)的調(diào)整時(shí)鐘信號(hào)的相位， 使時(shí)鐘信號(hào)的相位達(dá)到數(shù)據(jù)判決的最佳采樣時(shí)刻。由于采樣時(shí)鐘的頻率與輸入 的突發(fā)數(shù)據(jù)相同，即使出現(xiàn)較長(zhǎng)的相同數(shù)據(jù)電路也能保持同步【2 0 1 。突發(fā)數(shù)據(jù)和 相位拾取電路的輸出可以直接進(jìn)入數(shù)據(jù)判決電路進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)，從而完成時(shí)鐘 數(shù)據(jù)恢復(fù)的功能。 下面將具體說(shuō)明四個(gè)部分的工作原理和作用，以及各個(gè)模塊之間的關(guān)系。 2 2 邊沿檢測(cè)電路 邊沿檢測(cè)電路的作用是從輸入數(shù)據(jù)中提取相位信息，供后續(xù)的比特同步使 用。通過(guò)微分運(yùn)算電路就可以檢測(cè)出輸入數(shù)據(jù)的上升沿和下降沿。 8 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 r 0 一r o ；一：； c 1 i 一 l o 圖2 - 2 邊沿檢測(cè)電路原理圖 圖2 - 2 給出了邊沿檢測(cè)電路的示意圖。圖中u i 表示輸入的數(shù)據(jù)，u o 表示微 分運(yùn)算的輸出，u o u t 是邊沿檢測(cè)的輸出。因此有 璣一呵警 一u o 。魯 其中r 一尺c 。r 和c 的值需要根據(jù)輸入突發(fā)數(shù)據(jù)的速率進(jìn)行確定。t 的大小 直接影響相位拾取電路中時(shí)鐘有效同步相位的保持時(shí)間，即同步相位的調(diào)整。 因此，t 的取值需要滿(mǎn)足數(shù)據(jù)判決電路最佳判決條件的需要。在電阻r 上并聯(lián)的 電容起到了相位補(bǔ)償?shù)淖饔茫岣吡穗娐返姆€(wěn)定性。圖2 - 2 中由運(yùn)算放大器構(gòu)成 的微分運(yùn)算電路是反相微分運(yùn)算電路，因此在微分電路的輸出端還需加入倒相 器，其中弓- r 。 2 3 相位拾取電路 2 3 1 工作原理 相位拾取電路的核心是一個(gè)集基耦合多諧振蕩器【2 2 】，目的是自振蕩產(chǎn)生所 需的時(shí)鐘頻率。如前所述，突發(fā)數(shù)據(jù)流中數(shù)據(jù)相位不均衡，因此需要根據(jù)邊沿 檢測(cè)輸出的數(shù)據(jù)相位信息調(diào)整時(shí)鐘的相位。其電路如圖2 3 所示。 9 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 0 k pb k c 歷 - - 囈 ：歲多 - 上 o 圖2 - 3 相位拾取電路圖 圖2 3 中，方框內(nèi)是相位拾取的核心結(jié)構(gòu)集基耦合多諧振蕩器。在多諧振 蕩器的輸出管上接一個(gè)晶體管q 3 ，構(gòu)成了e c l 電路中常見(jiàn)的“線(xiàn)與”結(jié)構(gòu)。 為了便于說(shuō)明，首先對(duì)多諧振蕩器進(jìn)行分析。 多諧振蕩器中晶體管q 1 采用共基極接法，頻率特性較共射極好。定時(shí)電容 接在發(fā)射極，因而集電極輸出波形前后沿好，用較大的恒流源對(duì)其充電，所以 晶體管的漏電流影響小。定時(shí)電阻r 是晶體管q 1 的集電極負(fù)載電阻，可選比較 小的數(shù)值。因而環(huán)境溫度、電源電壓和晶體管參數(shù)變化對(duì)重復(fù)周期影響都很小， 重復(fù)周期可以極短，振蕩頻率可以很高而且穩(wěn)定。 由于電路中，1 和，：是恒流源，而流過(guò)晶體管q 1 和晶體管q 2 的發(fā)射極電流 總是由這兩個(gè)恒流源提供的。因?yàn)?，l 和，：均為常數(shù)，所以l 。與l ：之和也為常數(shù)。 當(dāng)兩管中任意管的電流增加時(shí)，另一管的電流必然會(huì)減小，其和不變。 冊(cè)卻f ；= 飛士：廠(chǎng)f 飛：i f ：| ：同= ：蘭f 1 、：f 了、二：l 1 3 1v l + _ e t ；i l ：f = = 三；二；= = ；= = s = e = i = _ 腳- ： 一一一：一j 二二一j 二i i 一：一二一i 一一j 一：，l 一i - j 1 i l v 叮? r 7 呻_ _ 甲甲1 - 1 璃k ：= 三= 三r - _ x = # 了= i 弋三= j ，c 三：i ：丁t = 三= r 叫 i i 可一一t 一上山j(luò) 一上 j 。j o 一 1 3y 蝎p 二町 亂：e = 蘭；已三巴j 二：已未，已蠹己盎司 一1 f 可：一上二一上一!一一立 上一i 上 ：一，t 一。一 ，j t 睇1 h 一2 奠瞳斗a - 噶_ 瞳一 圖2 4 晶體管各點(diǎn)波形 1 0 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖2 - 4 是晶體管q 1 和q 2 的各點(diǎn)波形，至上而下分別是屹。、k 、k ：、k ：， 其中屹，一k ，。從圖中可以看出，當(dāng)其中一個(gè)晶體管導(dǎo)通時(shí)，另一個(gè)晶體管截止。 晶體管q 1 由導(dǎo)通變到截止時(shí)，其集電極電壓圪，有一個(gè)幅度為圪的正跳變。晶 體管q 2 的基極電壓k ：會(huì)有一個(gè)同樣的跳變，形成q 2 的正向偏置電壓，q 2 管 導(dǎo)通。晶體管q 1 的截止電流對(duì)定時(shí)電容c 充電，電壓k ，隨著c 的充電而降低。 當(dāng)k ，下降到略小于o 時(shí)，晶體管q 1 重新導(dǎo)通。 晶體管q 1 導(dǎo)通，q 2 截止，電流，：將使定時(shí)電容c 放電，k ，將隨著c 的放 電而下降。當(dāng)k ：下降到比k ：低一點(diǎn)時(shí)，晶體管q 2 導(dǎo)通，集電極電流j 以上升， 。下降，k 。上升，k ：上升，最終導(dǎo)致晶體管q 2 導(dǎo)通，q 1 截止。 綜上所述，晶體管q 1 和晶體管q 2 猶如兩個(gè)開(kāi)關(guān)在工作，控制著定時(shí)電容 c 的充放電。定時(shí)電容c 的充放電又會(huì)造成這兩個(gè)開(kāi)關(guān)的自動(dòng)切換。無(wú)論是晶 體管q 1 截止、q 2 導(dǎo)通，或是晶體管q 1 導(dǎo)通、q 2 截止都是電路的暫穩(wěn)態(tài)。正 是這兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)不斷循環(huán)，就構(gòu)成了多諧振蕩器的振蕩。 如果晶體管進(jìn)入飽和區(qū)，而且飽和太深時(shí)，會(huì)導(dǎo)致多諧振蕩器無(wú)法正常工 作。因此，為了進(jìn)一步提高工作頻率，需保證晶體管在導(dǎo)通時(shí)不進(jìn)入飽和區(qū)。 晶體管q 1 在導(dǎo)通時(shí)不進(jìn)入飽和區(qū)的條件是k ， 仉+ ，：皿 即k 。一k 一tk 一“+ ，：) r 晶體管q 2 在導(dǎo)通時(shí)不進(jìn)入飽和區(qū)的條件是k ， k + = k + ( + ，：) r 式中，k ，為輸出時(shí)鐘的幅度。 晶體管q 3 是觸發(fā)端，它和多諧振蕩器一起構(gòu)成了相位拾取電路。晶體管 q 3 輸入為低電平，輸出為高電平時(shí)，整個(gè)電路的輸出由多諧振蕩器單獨(dú)決定。 而當(dāng)觸發(fā)尖脈沖到來(lái)時(shí)，晶體管q 3 導(dǎo)通，通過(guò)q 3 的電流t ，是，的一個(gè)分支， 從而它使，：急劇增加，從而屹：處產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變。又由于限流作用，l 急劇減 小，從而k ，產(chǎn)生正跳變，而k ，也有同相幅度的豇：跳變，這樣進(jìn)一步加大， 從而加大厶，減小。圖2 5 是觸發(fā)相位調(diào)整的時(shí)序圖。當(dāng)原始信號(hào)和觸發(fā)信號(hào) 同時(shí)為高，且觸發(fā)信號(hào)高于某一閾值時(shí)，恢復(fù)時(shí)鐘會(huì)被強(qiáng)制拉低，產(chǎn)生一定延 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 時(shí)，對(duì)其相位作出調(diào)整。 廠(chǎng) 廠(chǎng) 廠(chǎng) 廠(chǎng) 廠(chǎng) 原始時(shí)鐘 廠(chǎng) 廠(chǎng)一輸入數(shù)據(jù) - 八l - 廠(chǎng)l 觸發(fā)信號(hào) 幾廠(chǎng) 廠(chǎng) 廠(chǎng) 廠(chǎng) 廠(chǎng) 恢復(fù)時(shí)鐘 廠(chǎng) 廠(chǎng)一恢復(fù)數(shù)據(jù) 圖2 - 5 觸發(fā)相位調(diào)整時(shí)序 2 3 2 重復(fù)周期的計(jì)算 多諧振蕩器的重復(fù)周期為兩個(gè)晶體管交替導(dǎo)通截止形成的兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間 乙，和l ：之后。 由前面的分析可以知道，在乙。期間，晶體管q 1 截止，q 2 導(dǎo)通時(shí)，定時(shí)電 容c 充電，充電電源為恒流源，l 。故在暫穩(wěn)態(tài)乙。期間，定時(shí)電容c 充電的電荷 量為q q l 。 ( 2 - 1 ) 而任意時(shí)刻定時(shí)電容c 兩端的電壓為屹一k ：一屹。，所以在晶體管q 1 截止， q 2 導(dǎo)通，定時(shí)電容開(kāi)始充電時(shí)，有 - 屹：一k 。一k 一一0 5 ( 2 2 ) 定時(shí)電容c 充電結(jié)束，即晶體管q 1 導(dǎo)通，q 2 截止時(shí)，有 k ：；屹2 - k 。一k - 0 5 ( 2 - 3 ) 所以在乙。期間，定時(shí)電容c 上的電壓變化量為 a v k - 0 5 一( i 一一o 5 ) 一 ( 2 - 4 ) 因此可以得出： v ：k ；絲；盟 ( 2 5 ) 一 cc 又因?yàn)?圪= ( 厶+ ，2 ) r ( 2 6 ) 1 2 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 所以 t , 1i c f v r 掣半 協(xié)7 ， 在乙：期間，晶體管q 1 導(dǎo)通，q 2 截止，定時(shí)電容c 放電，放電電流為恒流 源，2 。因此在乙：期間，定時(shí)電容c 的放電電荷量為 q ；乙：l ( 2 8 ) 定時(shí)電容c 在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)期間分別充電和放電。在一個(gè)工作周期中，充電 電荷和放電電荷應(yīng)該是相同的，即 乙2 x 1 2 ；瓦1 ( 2 9 ) 則 和礦i , tt - 警r c ( 2 1 。) 所以，多諧振蕩器的重復(fù)周期為 m ，一蠟尺c ( 2 - 1 1 ) 要求輸出時(shí)鐘是占空比為5 0 的方波，則乙。- 乙：。所以，l - 2 ，代入上式 中，可得到 t 一4 r c ( 2 1 2 ) 由此可見(jiàn)，多諧振蕩器的重復(fù)周期只與定時(shí)電容c 和定時(shí)電阻r 有關(guān)。 圖2 - 61 2 5 g h z 多諧振蕩器時(shí)鐘波形 1 3 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖2 - 6 顯示了多諧振蕩器生成的1 2 5 g h z 的時(shí)鐘波形。設(shè)；1 2 一，k 和哆 為定值，結(jié)合晶體管工作在放大區(qū)而不進(jìn)入飽和區(qū)的條件，有 ， c u a o t 地 硒 a , a c z ( 2 ) 。1 。 c 冰 c t r 啪 c t r l ( i j 督 可 6 8 d z l 2 ) l c “ 湘徹 c t 瞰1 i 咿 v s 礬 6 0 q c c u a o 2 3 t r a n s i t i o nd e t e c 虹o n l q 咖 c c o d 刪 0 ，0 1 。- 3 2 叭b i td e d e i l 科b y c t r l o ) 1 1 - ：4 溯c 培l(xiāng) a y 。 圖4 - 8 輸出原理控制邏輯圖 4 2 空間過(guò)采樣的實(shí)現(xiàn) 功能驗(yàn)證的目的就是確保設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能與功能定義( s p e c ) 所規(guī)定的一 致，或者說(shuō)就是核實(shí)經(jīng)過(guò)人工翻譯或工具翻譯后的設(shè)計(jì)跟翻譯前的設(shè)計(jì)規(guī)格是 否一致。功能驗(yàn)證主要驗(yàn)證硬件的h d l 描述是否符合設(shè)計(jì)的功能描述【2 9 1 【3 0 1 。現(xiàn) 階段業(yè)界廣泛應(yīng)用的功能驗(yàn)證方法主要有：基于事件的仿真1 3 ，基于周期的仿 真，基于事務(wù)的仿真【3 2 】【3 3 】和軟硬件協(xié)同驗(yàn)證【3 4 j 等。 4 2 1 功能驗(yàn)證 為了對(duì)空間過(guò)采樣系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，需要建立相應(yīng)的測(cè)試平臺(tái)。目前有 很多驗(yàn)證方法學(xué)1 3 5 】- 【3 6 】和驗(yàn)證思想【3 7 】，f 3 剛。測(cè)試平臺(tái)一般不需要綜合，因此可以采 用基于事務(wù)的仿真生成簡(jiǎn)單高效的測(cè)試平臺(tái)?？紤]到應(yīng)用的延續(xù)和擴(kuò)展，本文 將空間過(guò)采樣時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路的測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)為可綜合，這樣既可以完成空 間過(guò)采樣時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)的仿真驗(yàn)證，也可以對(duì)其他基于f p g a 的p o n 系統(tǒng)應(yīng)用 提供一個(gè)參考，便于實(shí)現(xiàn)硬件驗(yàn)證。 絮嵩飛管 c c 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 空間過(guò)采樣的測(cè)試平臺(tái)需要模擬p o n 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在第1 章已經(jīng)分析 過(guò)，突發(fā)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)在于每個(gè)突發(fā)包的長(zhǎng)度不一樣，相鄰兩個(gè)突發(fā)包存在相位 突變等現(xiàn)象。在建立測(cè)試平臺(tái)時(shí)，除前導(dǎo)碼的長(zhǎng)度外，其他相關(guān)長(zhǎng)度均以隨機(jī) 數(shù)的形式出現(xiàn)。這里使用8 位線(xiàn)性反饋移位寄存器得到隨機(jī)數(shù)。圖4 9 是測(cè)試系 統(tǒng)的原理框圖。 圖4 - 9 測(cè)試系統(tǒng)原理框圖 一個(gè)完整的突發(fā)數(shù)據(jù)包包括保護(hù)時(shí)間，前導(dǎo)碼，定界符和有效數(shù)據(jù)。在測(cè) 試平臺(tái)的建立過(guò)程中，利用狀態(tài)機(jī)完成數(shù)據(jù)包的組裝。 3 5 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖4 - 1 0 數(shù)據(jù)包組裝狀態(tài)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 圖4 1 0 是數(shù)據(jù)包組裝狀態(tài)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。系統(tǒng)啟動(dòng)后，狀態(tài)機(jī)進(jìn)入r e a d y 狀態(tài)，對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行初始化。當(dāng)接收到外部控制信號(hào)t xg o 時(shí)，狀態(tài)機(jī)進(jìn)入組裝 流程，通過(guò)線(xiàn)性反饋移位寄存器生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)。在t xg o2 狀態(tài)，狀態(tài)機(jī)發(fā)送 前導(dǎo)碼，完成后進(jìn)入t xg o 3 狀態(tài)，開(kāi)始發(fā)送有效數(shù)據(jù)，有效數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度由t xg o1 狀態(tài)中得到的隨機(jī)數(shù)確定。在有效數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，狀態(tài)機(jī)進(jìn)入d e a d t i m e1 狀 態(tài)，在這個(gè)狀態(tài)中主要完成保護(hù)時(shí)間的確定，保護(hù)時(shí)間的長(zhǎng)度