專利名稱：一種狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)序邏輯的信號(hào)鑒相方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)序邏輯的信號(hào)鑒相方法，該方法依據(jù)兩個(gè)輸入信號(hào)的上升沿或下降沿變化得到反映它們之間的相位誤差的判斷信號(hào)，屬通訊、自動(dòng)控制等技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在通訊、家電、自動(dòng)控制等領(lǐng)域，廣泛需要對(duì)兩個(gè)信號(hào)之間的相位誤差進(jìn)行鑒別，從而進(jìn)一步可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的同步處理或控制。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)號(hào)碼為0070050503的《鎖相環(huán)原理，設(shè)計(jì)和應(yīng)用》一書中對(duì)各種傳統(tǒng)鑒相方法進(jìn)行了介紹，其中包括一種雙觸發(fā)結(jié)構(gòu)的鑒相方法，這個(gè)方法具有頻率差和相位差的雙重鑒別性能。這種信號(hào)鑒相方法的基本原理是利用兩組觸發(fā)邏輯實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)的邊緣檢測(cè)，然后進(jìn)一步依據(jù)檢測(cè)出的兩個(gè)輸入信號(hào)的上升沿或下降沿變化，采用組合邏輯實(shí)現(xiàn)鑒相狀態(tài)轉(zhuǎn)移，最終得到鑒相輸出信號(hào)。
基于上述雙觸發(fā)結(jié)構(gòu)的鑒相方法實(shí)現(xiàn)的電路裝置在檢測(cè)信號(hào)邊緣時(shí)，會(huì)在線路中產(chǎn)生一些微小的毛刺脈沖，這些毛刺脈沖信號(hào)既有有效的控制信號(hào)，也有無效的毛刺脈沖干擾。這些毛刺脈沖信號(hào)很容易傳播到輸出，從而使鑒相輸出信號(hào)上出現(xiàn)不應(yīng)有的毛刺噪聲。而且，有效的毛刺脈沖控制信號(hào)很容易受到無效脈沖毛刺的電磁干擾以及電路中雜散電容的影響，最終使得這個(gè)鑒相電路可能出現(xiàn)錯(cuò)誤的鑒相信號(hào)輸出。所以這種鑒相方法穩(wěn)定性和可靠性都比較差。
雙觸發(fā)結(jié)構(gòu)的鑒相方法不適合于借助電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件工具進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。由于雙觸發(fā)結(jié)構(gòu)的鑒相方法完全采用了組合邏輯，而且需要依靠邏輯運(yùn)算單元的反饋結(jié)構(gòu)以及信號(hào)延時(shí)才能工作。然而，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件工具往往具有邏輯優(yōu)化的功能，這個(gè)功能為了減小設(shè)計(jì)目標(biāo)的邏輯規(guī)模，會(huì)將組合邏輯單元重新拆分合并。所以，當(dāng)按照雙觸發(fā)結(jié)構(gòu)的鑒相方法在電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件工具上進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，邏輯優(yōu)化的處理過程會(huì)改變實(shí)際電路中的組合邏輯單元的反饋結(jié)構(gòu)和信號(hào)延時(shí)關(guān)系，使得最終設(shè)計(jì)出的電路結(jié)果不能正確實(shí)現(xiàn)鑒相的功能。
出于數(shù)字通訊、數(shù)字化控制等應(yīng)用的需要，希望通過軟件程序在單片機(jī)、DSP和CPU等微處理芯片中實(shí)現(xiàn)信號(hào)的鑒相功能，但是采用軟件算法不容易實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的雙觸發(fā)結(jié)構(gòu)的鑒相方法。這是由于雙觸發(fā)結(jié)構(gòu)的鑒相方法采用了很多組合邏輯單元，而且這些邏輯單元之間的關(guān)系復(fù)雜，如果將這些邏輯功能以及它們之間的信號(hào)關(guān)系直接轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的軟件算法，如此得到的軟件程序勢(shì)必代碼規(guī)模龐大，調(diào)試?yán)щy，而且運(yùn)行效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)序邏輯的信號(hào)鑒相方法，以消除毛刺脈沖信號(hào)，提高信號(hào)鑒相的穩(wěn)定性和可靠性，避免組合邏輯的反饋結(jié)構(gòu)，易于采用軟件算法實(shí)現(xiàn)的信號(hào)鑒相方法。
本發(fā)明提出的狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)序邏輯的信號(hào)鑒相方法，包括以下步驟1.對(duì)有待鑒相的兩個(gè)方波脈沖序列信號(hào)u1和u2分別延時(shí)Ts時(shí)間，得到延時(shí)輸出信號(hào)u1’和u2’，其中Ts是鑒相判斷的時(shí)序間隔時(shí)間；2.依據(jù)上述第1步得到的信號(hào)u1和u1’的狀態(tài)，對(duì)上述輸入信號(hào)u1進(jìn)行上升沿或下降沿判斷，經(jīng)過邏輯運(yùn)算得到一個(gè)用以表征信號(hào)u1的上升沿或下降沿變化的信號(hào)e1，該信號(hào)的有效脈沖寬度為Ts；依據(jù)上述第1步得到的信號(hào)u2和u2’的狀態(tài)，對(duì)上述輸入信號(hào)u2進(jìn)行上升沿或下降沿判斷，經(jīng)過邏輯運(yùn)算得到一個(gè)用以表征信號(hào)u2的上升沿或下降沿變化的信號(hào)e2，該信號(hào)的有效脈沖寬度為Ts；3.依據(jù)上述第2步得到的信號(hào)e1和e2以及鑒相輸出信號(hào)的狀態(tài)up和down的狀態(tài)，經(jīng)過鑒相狀態(tài)轉(zhuǎn)移邏輯運(yùn)算，產(chǎn)生一組輸出信號(hào)up’和down’；4.上述第3步得到的輸出信號(hào)up’和down’每隔時(shí)間Ts被鎖存一次，鎖存信號(hào)即為最終的鑒相輸出信號(hào)up和down。
本發(fā)明的方法為實(shí)現(xiàn)信號(hào)鑒相提供了一種有效的結(jié)構(gòu)和步驟。由于采用了時(shí)序邏輯控制，本方法不再依靠毛刺脈沖信號(hào)工作，這提高了鑒相的抗干擾能力。再者，上述第4部分鑒相信號(hào)的鎖存輸出是在時(shí)序控制下進(jìn)行的，這避免了毛刺脈沖信號(hào)傳播到鑒相輸出信號(hào)上，從而減小了鑒相輸出信號(hào)的噪聲。此外，本方法的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，中間信號(hào)意義明確，這些都提高了鑒相處理的穩(wěn)定性和可靠性。
本發(fā)明方法的第4部分在時(shí)序控制下鎖存輸出鑒相信號(hào)，然后鑒相輸出信號(hào)再進(jìn)入到第3部分的鑒相狀態(tài)轉(zhuǎn)移組合邏輯，這樣構(gòu)成了狀態(tài)轉(zhuǎn)移的反饋結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)避免了完全采用組合邏輯構(gòu)成的反饋結(jié)構(gòu)，使本方法能夠不受電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件工具中邏輯優(yōu)化處理的影響，便于利用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件工具實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。
按照本發(fā)明方法的原理步驟可以設(shè)計(jì)出相應(yīng)的鑒相程序，這個(gè)程序可以使單片機(jī)、DSP和CPU等微處理芯片實(shí)現(xiàn)信號(hào)鑒相的功能，而且這個(gè)程序代碼具有簡(jiǎn)單清楚的結(jié)構(gòu)流程，調(diào)試容易，算法執(zhí)行效率高。


圖1是本發(fā)明狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)序邏輯的信號(hào)鑒相方法的原理框圖。
圖2是輸入信號(hào)u1上升沿判斷邏輯運(yùn)算的真值表參數(shù)實(shí)例。
圖3是輸入信號(hào)u2上升沿判斷邏輯運(yùn)算的真值表參數(shù)實(shí)例。
圖4是本發(fā)明中鑒相狀態(tài)轉(zhuǎn)移邏輯運(yùn)算的真值表參數(shù)實(shí)例。
圖5是本發(fā)明的信號(hào)鑒相方法中的各個(gè)信號(hào)波形圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)序邏輯的信號(hào)鑒相方法的原理框圖如圖1所示，該流程依據(jù)待鑒相輸入信號(hào)u1和u2的上升沿，判別它們之間的相位差，產(chǎn)生鑒相輸出信號(hào)up和down。整個(gè)電路在方波脈沖時(shí)鐘信號(hào)clk的時(shí)序邏輯控制下工作，時(shí)鐘信號(hào)clk的周期就是本發(fā)明方法中所述的時(shí)序間隔時(shí)間Ts。
如圖1所示，輸入信號(hào)u1和u2在時(shí)鐘信號(hào)clk的每個(gè)上升沿時(shí)刻被鎖存，鎖存輸出信號(hào)u1’和u2’分別是信號(hào)u1和u2的延時(shí)信號(hào)。
依據(jù)信號(hào)u1和u1’進(jìn)行u1上升沿判斷邏輯運(yùn)算，本發(fā)明的實(shí)施例采用數(shù)字邏輯的真值表形式描述這一邏輯運(yùn)算，圖2給出了u1上升沿判斷邏輯運(yùn)算的真值表參數(shù)，信號(hào)e1是u1上升沿判斷邏輯運(yùn)算的輸出，e1用寬度等于時(shí)序間隔時(shí)間Ts的高電平脈沖表示u1的上升沿變化。依據(jù)信號(hào)u2和u2’進(jìn)行u2上升沿判斷邏輯運(yùn)算，圖3給出了u2上升沿判斷邏輯運(yùn)算的真值表參數(shù)，信號(hào)e2是u2上升沿判斷邏輯運(yùn)算的輸出，e2用寬度等于時(shí)序間隔時(shí)間Ts的高電平脈沖表示u1的上升沿變化。
信號(hào)e1和e2，以及由輸出反饋回來的鑒相信號(hào)up和down，共同進(jìn)行鑒相狀態(tài)轉(zhuǎn)移邏輯運(yùn)算，圖4給出了鑒相狀態(tài)轉(zhuǎn)移邏輯運(yùn)算的真值表參數(shù)，邏輯運(yùn)算后輸出信號(hào)up’和down’。
在時(shí)鐘信號(hào)clk的上升沿時(shí)刻，信號(hào)up’被鎖存輸出得到鑒相信號(hào)up，信號(hào)down’被鎖存輸出得到鑒相信號(hào)down。信號(hào)up和down即為本方法最后獲得的鑒相信號(hào)。
以上描述的狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)序邏輯的信號(hào)鑒相方法的信號(hào)波形圖如圖5所示，信號(hào)up和down用一定寬度的負(fù)脈沖表示出了兩個(gè)被鑒相輸入信號(hào)u1和u2之間的相位差。
本發(fā)明方法可以采用軟件算法實(shí)現(xiàn)，在軟件中用二進(jìn)制代碼表示信號(hào)電平狀態(tài)，其中信號(hào)的高電平狀態(tài)用數(shù)據(jù)1表示，低電平狀態(tài)用數(shù)據(jù)0表示。兩個(gè)被鑒相輸入數(shù)據(jù)分別是u1和u2，鑒相輸出數(shù)據(jù)是up和down，并假設(shè)中間變量數(shù)據(jù)是u1’、u2’、e1、e2、up’和down’。具體的算法步驟描述如下1.輸入數(shù)據(jù)u1和u1’依據(jù)下面的上升沿判斷邏輯公式計(jì)算出數(shù)據(jù)e1e1＝u1 AND(NOT u1′)，其中，AND是與邏輯運(yùn)算符號(hào)，NOT是非邏輯運(yùn)算符號(hào)。
2.做賦值運(yùn)算u1’＝u1。
3.輸入數(shù)據(jù)u2和u2’依據(jù)下面的上升沿判斷邏輯公式計(jì)算出數(shù)據(jù)e2e2＝u2 AND(NOT u2′)。
4.做賦值運(yùn)算u2’＝u2。
5.依據(jù)e1、e2和當(dāng)前數(shù)據(jù)up和down，按照鑒相狀態(tài)轉(zhuǎn)移邏輯真值表計(jì)算出up’和down’，圖4給出了鑒相狀態(tài)轉(zhuǎn)移邏輯運(yùn)算的真值表。
6.做賦值運(yùn)算得到鑒相數(shù)據(jù)up和dwonup＝up’，down＝down’。
7.返回步驟1，循環(huán)本算法。
上述算法執(zhí)行一次循環(huán)計(jì)算的時(shí)間等于本發(fā)明方法中所述的時(shí)序間隔時(shí)間Ts。
這個(gè)算法在微處理芯片中用軟件實(shí)現(xiàn)，就使微處理芯片實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的鑒相處理功能。
權(quán)利要求
1.一種狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)序邏輯的信號(hào)鑒相方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)對(duì)有待鑒相的兩個(gè)方波脈沖序列信號(hào)u1和u2分別延時(shí)Ts時(shí)間，得到延時(shí)輸出信號(hào)u1’和u2’，其中Ts是鑒相判斷的時(shí)序間隔時(shí)間；(2)依據(jù)上述第1步得到的信號(hào)u1和u1’的狀態(tài)，對(duì)上述輸入信號(hào)u1進(jìn)行上升沿或下降沿判斷，經(jīng)過邏輯運(yùn)算得到一個(gè)用以表征信號(hào)u1的上升沿或下降沿變化的信號(hào)e1，該信號(hào)的有效脈沖寬度為Ts；依據(jù)上述第1步得到的信號(hào)u2和u2’的狀態(tài)，對(duì)上述輸入信號(hào)u2進(jìn)行上升沿或下降沿判斷，經(jīng)過邏輯運(yùn)算得到一個(gè)用以表征信號(hào)u2的上升沿或下降沿變化的信號(hào)e2，該信號(hào)的有效脈沖寬度為Ts；(3)依據(jù)上述第2步得到的信號(hào)e1和e2以及鑒相輸出信號(hào)的狀態(tài)up和down的狀態(tài)，經(jīng)過鑒相狀態(tài)轉(zhuǎn)移邏輯運(yùn)算，產(chǎn)生一組輸出信號(hào)up’和down’；(4)上述第3步得到的輸出信號(hào)up’和down’每隔時(shí)間Ts被鎖存一次，鎖存信號(hào)即為最終的鑒相輸出信號(hào)up和down。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)序邏輯的信號(hào)鑒相方法,首先對(duì)有待鑒相的兩個(gè)方波脈沖序列信號(hào)u1和u2分別延時(shí)T
文檔編號(hào)H03L7/00GK1345123SQ0114202
公開日2002年4月17日 申請(qǐng)日期2001年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月7日
發(fā)明者龐浩, 王贊基 申請(qǐng)人:清華大學(xué)