CN104811193A - 相位可调的多路时钟信号合成装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相位可调的多路时钟信号合成装置，包括控制器、参考时钟生成模块、时钟扇出模块以及N组电平产生模块和时钟相位调节模块，参考时钟信号生成模块根据控制器发送的频率控制信号生成的参考时钟信号通过时钟扇出模块进行分路，得到N路参考时钟信号发送给时钟相位调节模块，控制器根据所要产生的各路时钟信号与参考时钟信号的相位差计算相应电平产生模块所需产生的直流信号幅度，向电平产生模块发送电平控制信号，每个电平产生模块生成两个直流电平信号发送给时钟相位调节模块，时钟相位调节模块根据直流电平信号对参考时钟信号进行处理，生成最终的时钟信号。本发明能够实现在生成多路时钟信号时对时钟信号相位的精确调节。

Description

相位可调的多路时钟信号合成装置

技术领域

本发明属于时钟信号合成技术领域，更为具体地讲，涉及一种相位可调的多路时钟信号合成装置。

背景技术

时钟信号是电子系统的基本信号，广泛应用于各种数字电路系统中，作为定时的依据同步其它单元电路的操作。时钟信号性能的好坏直接影响着电子系统的性能指标。

电子系统对时钟信号的性能要求不仅仅体现在稳定的频率、幅度，优良的相位噪声等方面。在一些特殊的应用场合，还需要多个时钟信号同时参与工作，一方面要求这些时钟信号相参，另一方面要求这些时钟信号的相位可精确控制。

相参可以通过合成时钟信号时，采用相同的参考源来实现，但多路时钟信号的相位精密控制一直是时钟信号合成中的难点。采用移相器的方法，虽然输出相位相参，但受到模拟器件参数精度、稳定度的影响，相位调节精度不高、稳定度差。采用DDS技术也可以实现相位精确可调的时钟信号，但受制于DDS的制造工艺，输出时钟频率较低。采用数字延迟线也可以实现相位的调节，但时钟调节的范围较窄。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种相位可调的多路时钟信号合成装置，实现在生成多路时钟信号时对时钟信号相位的精确调节。

为实现上述发明目的，本发明相位可调的多路时钟信号合成装置，包括控制器、参考时钟信号生成模块、时钟扇出模块以及N组电平产生模块和时钟相位调节模块，N表示需要合成的时钟信号数量，其中：

控制器根据所要产生的时钟信号频率值生成频率控制信号发送给参考时钟信号生成模块，根据所要产生的各路时钟信号与参考时钟信号的相位差计算对应电平产生模块所需产生的直流电平信号的幅度，计算方法为：记第i路时钟信号与参考时钟信号的相位差为φ_i，第i路电平产生模块所需产生的两个直流电平信号的幅度分别为cosφ_i、sinφ_i，根据两个直流电平信号的幅度生成电平控制信号发送给对应的电平产生模块；

参考时钟信号生成模块接收控制器发送的频率控制信号，生成对应频率的参考时钟信号，输出至时钟扇出模块；

时钟扇出模块根据接收的参考时钟生成与参考时钟信号频率相同的N个参考时钟信号，分别发送给N个时钟相位调节模块；

电平产生模块接收控制器发送的电平控制信号，生成两个直流电平信号，其中信号L_i1的幅度值为cosφ_i，信号L_i2的幅度值为sinφ_i，发送给对应的时钟相位调节模块；

时钟相位调节模块接收时钟扇出模块输出的参考时钟信号以及对应电平产生模块输出的直流电平信号L_i1和L_i2，根据直流电平信号对参考时钟信号进行处理，生成最终的时钟信号。

进一步地，时钟相位调节模块包括移相器、第一乘法器、第二乘法器和加法器，其中：

移相器接收时钟扇出模块输出的参考时钟信号，产生与参考时钟信号同频同相的正弦信号和与参考时钟信号同频、相位相差90度的余弦信号，将正弦信号发送给第一乘法器，将余弦信号发送给第二乘法器。

第一乘法器接收电平产生模块输出的直流电平信号L_i1和移相器输出的正弦信号，将两个信号相乘得到第一路待合成信号，发送给加法器。

第二乘法器接收电平产生模块输出的直流电平信号L_i2和移相器输出的余弦信号，将两个信号相乘得到第二路待合成信号，发送给加法器。

加法器接收第一路待合成信号和第二路待合成信号并进行叠加，得到合成的第i路时钟信号。

本发明相位可调的多路时钟信号合成装置，包括控制器、参考时钟生成模块、时钟扇出模块以及N组电平产生模块和时钟相位调节模块，参考时钟信号生成模块根据控制器发送的频率控制信号生成的参考时钟信号通过时钟扇出模块进行分路，得到N路参考时钟信号发送给时钟相位调节模块，控制器根据所要产生的各路时钟信号与参考时钟信号的相位差计算相应电平产生模块所需产生的直流信号幅度，向电平产生模块发送电平控制信号，每个电平产生模块生成两个直流电平信号发送给时钟相位调节模块，时钟相位调节模块根据直流电平信号对参考时钟信号进行处理，生成最终的时钟信号。

本发明通过直流电平信号来实现时钟信号相位的调整，对时钟信号的频率没有限制，相位调整的范围宽，能够实现精度较高的时钟信号相位调节。

附图说明

图1是本发明相位可调的多路时钟信号合成装置的系统结构图；

图2是时钟相位调节模块的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

为了更好地说明本发明的技术方案，首先对本发明的技术原理进行说明：

任意一个正弦时钟信号可表示y(t)＝sin(w_ct+φ)，_wc表示角频率，φ是该时钟信号的相位。对于N路时钟信号，记第i路时钟信号的相位为φ_i，i＝1,2,…,N，那么第1路时钟信号的表示式为y₁(t)＝sin(w_ct+φ₁)＝sinw_ctcosφ₁+cosw_ctsinφ₁，第2路时钟信号的表达式为y₂(t)＝sin(w_ct+φ₂)＝sinw_ctcosφ₂+cosw_ctsinφ₂，以此类推，第N路输出信号的表达式为y_N(t)＝sin(w_ct+φ_N)＝sinw_ctcosφ_N+cosw_ctsinφ_N。因此，当所要调节的第i路时钟信号的相位φ_i确定时，可以计算得到两个值L_i1＝cosφ_i、L_i2＝sinφ_i，将这两个值分别与信号sinw_ct和cosw_ct相乘后，再将相乘后的信号叠加，即可得到相位为φ_i的时钟信号。

实施例

图1是本发明相位可调的多路时钟信号合成装置的系统结构图。如图1所示，本发明相位可调的多路时钟信号合成装置包括控制器1、参考时钟信号生成模块2、时钟扇出模块3以及N组电平产生模块4和时钟相位调节模块5，N表示需要合成的时钟信号数量，具体各模块的说明如下：

控制器1根据所要产生的时钟信号频率值f_c生成频率控制信号发送给参考时钟信号生成模块2，根据所要产生的各路时钟信号与参考时钟信号的相位差计算对应电平产生模块4所需产生的直流电平信号的幅度，计算方法为：记第i路时钟信号与参考时钟信号的相位差为φ_i，其中i的取值范围为i＝1,2,…,N，第i路电平产生模块4所需产生的两个直流电平信号的幅度分别为cosφ_i、sinφ_i，根据两个直流电平信号的幅度生成电平控制信号发送给对应的电平产生模块4。在实际应用中，控制器1可以采用单片机、DSP或ARM处理器来实现。

参考时钟信号生成模块2接收控制器1发送的频率控制信号，生成对应频率的参考时钟信号F_r＝sinw_ct，w_c＝2πf_c，输出至时钟扇出模块3。参考时钟信号生成模块2可以根据实际需要选型，例如可以通过晶体振荡器来实现，或者采用晶体振荡器结合锁相环或直接数字频率合成器来实现，还可以通过直接数字频率合成器和锁相环的结合来实现。

时钟扇出模块3根据接收的参考时钟信号F_r生成与参考时钟信号频率相同的N个参考时钟信号F_i，分别发送给N个时钟相位调节模块。时钟扇出模块3相当于一个分路器，将参考时钟信号F_r分为N路，采用时钟扇出模块3能够提高参考时钟信号F_r的驱动能力。

电平产生模块4接收控制器发送的电平控制信号，生成两个直流电平信号，其中信号L_i1的幅度值为cosφ_i，信号L_i2的幅度值为sinφ_i，发送给对应的时钟相位调节模块5。本实施例中，采用数模转换器和运算放大器来组成电平产生模块4，数模转换器接收控制器发送的电平控制数字信号，进行数模转换得到模拟信号，再通过运算放大器调整幅值、增加驱动能力后得到直流电平信号。

时钟相位调节模块5，接收时钟扇出模块3输出的参考时钟信号以及对应电平产生模块4输出的直流电平信号，生成最终的时钟信号。图2是时钟相位调节模块的结构图。如图2所示，时钟相位调节模块5包括移相器51、第一乘法器52、第二乘法器53和加法器54。

移相器51接收时钟扇出模块3输出的参考时钟信号F_i，产生与F_i同频同相的正弦信号F_is＝sinw_ct和与F_i同频、相位相差90度的余弦信号F_ic＝cosw_ct，将正弦信号发送给第一乘法器52，将余弦信号发送给第二乘法器53。

第一乘法器52接收电平产生模块4输出的直流电平信号L_i1和移相器51输出的正弦信号F_is，将两个信号相乘得到第一路待合成信号s_i1，发送给加法器54。

第二乘法器53接收电平产生模块4输出的直流电平信号L_i2和移相器51输出的余弦信号F_ic，将两个信号相乘得到第二路待合成信号s_i2，发送给加法器54。

加法器54接收第一路待合成信号s_i1和第二路待合成信号s_i2并进行叠加，得到合成的第i路时钟信号S_i，该时钟信号S_i与参考时钟信号F_i频率相同，相位相差φ_i的正弦时钟信号sin(w_ct+φ_i)。加法器54可以采用运算放大器来实现。

本发明中，对于各路时钟信号相位控制的范围和分辨率，分别取决于电平产生模块4对直流电平信号的控制范围和分辨率。当时钟信号相位的控制范围为0度～360度时，直流电平信号的控制范围应为-1V～+1V，如果相位的分辨率为Δφ，那么直流电平的分辨率应达到sinΔφ。也就是说，直流电平的分辨率越高，时钟信号相位的分辨率也就越高。因此，当电平产生模块选用精密程度较高的型号时，采用本装置可以实现精度较高的时钟信号相位调节。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种相位可调的多路时钟信号合成装置，其特征在于，包括控制器、参考时钟生成模块、时钟扇出模块以及N组电平产生模块和时钟相位调节模块，N表示需要合成的时钟信号数量，其中：

控制器根据所要产生的时钟信号频率值生成频率控制信号发送给参考时钟生成模块，根据所要产生的各路时钟信号与参考时钟信号的相位差计算对应电平产生模块所需产生的直流电平信号的幅度，计算方法为：记第i路时钟信号与参考时钟信号的相位差为φ_i，第i路电平产生模块所需产生的两个直流电平信号的幅度分别为cosφ_i、sinφ_i，根据两个直流电平信号的幅度生成电平控制信号发送给对应的电平产生模块；

参考时钟信号生成模块接收控制器发送的频率控制信号，生成对应频率的参考时钟信号，输出至时钟扇出模块；

时钟扇出模块根据接收的参考时钟生成与参考时钟信号频率相同的N个参考时钟信号，分别发送给N个时钟相位调节模块；

电平产生模块接收控制器发送的电平控制信号，生成两个直流电平信号，其中信号L_i1的幅度值为cosφ_i，信号L_i2的幅度值为sinφ_i，发送给对应的时钟相位调节模块；

时钟相位调节模块接收时钟扇出模块输出的参考时钟信号以及对应电平产生模块输出的直流电平信号L_i1和L_i2，根据直流电平信号对参考时钟信号进行处理，生成最终的时钟信号。

2.根据权利要求1所述的多路时钟信号合成装置，其特征在于，所述时钟相位调节模块包括移相器、第一乘法器、第二乘法器和加法器，其中：

移相器接收时钟扇出模块输出的参考时钟信号，产生与参考时钟信号同频同相的正弦信号和与参考时钟信号同频、相位相差90度的余弦信号，将正弦信号发送给第一乘法器，将余弦信号发送给第二乘法器。

第一乘法器接收电平产生模块输出的直流电平信号L_i1和移相器输出的正弦信号，将两个信号相乘得到第一路待合成信号，发送给加法器。

第二乘法器接收电平产生模块输出的直流电平信号L_i2和移相器输出的余弦信号，将两个信号相乘得到第二路待合成信号，发送给加法器。

加法器接收第一路待合成信号和第二路待合成信号并进行叠加，得到合成的第i路时钟信号。