基於印刷電路板的時鐘延時控制方法
2023-05-30 15:17:16
專利名稱：基於印刷電路板的時鐘延時控制方法
技術領域：
本發明屬於數據採樣領域，具體涉及一種基於印刷電路板的時鐘延時控制方法。
背景技術：
隨著智能電網的建設，電力通信中對高頻信號的採集逐漸增多，由於受現有元器件的限制，低速的模數轉換器很難對高頻信號實時採集。等效採樣技術利用信號的周期性，以增加採集時間為代價，降低採樣率，通過對多次採樣的數據進行重組恢復原始信號，可實現變電站內的高速數據採集。基於印刷電路板的時鐘延時控制方法屬於順序等效採樣的範疇，該方法可以極大簡化變電站的硬體系統結構，降低採購成本，減少維護工作量，是變電站數據採集系統的發展方向。對一個周期信號進行順序等效採樣的關鍵在於有一組延時固定的採樣時鐘， 目前最常用的方法都需要加入控制延時晶片來獲得延時固定的採樣時鐘。這類方法存在成本較高且外圍電路較為複雜的問題，在實際的使用過程中，迫切需要一種使用靈活、經濟、高性能的時鐘延時控制方法來實現高精度的數據採集。現有的基於印刷電路板的延時控制方法最大的問題在於當在多路分路電路上傳輸信號時，由於傳輸線的發送端和接收端阻抗不匹配而形成的連續反射從而造成波形的過衝和振鈴等現象，當出現持續時間較長的多重反射時，可能會發生嚴重的時序衝突與波形失真，此時，需要在源端和接收端加入匹配電阻來減小這種發射。在PS級別的延時控制電路中，手工計算多個反射的匹配電阻是不現實的，需要藉助高精度的仿真工具來實現精確的阻抗匹配。
發明內容
為克服上述缺陷，本發明提供了一種基於印刷電路板的時鐘延時控制方法，用於實現時鐘對數據的高精度採樣，屬於高精度數據採集系統方面的創新；該方法通過信號在介質中傳播具有固定延時這一特性對多路信號進行板級的延時控制，延時控制精度可以達到PS級別，通過對一組時鐘信號的延時進行控制，從而提高時鐘對數據的採樣精度。為實現上述目的，本發明提供一種基於印刷電路板的時鐘延時控制方法，其改進之處在於，所述方法包括如下步驟(I).在所述印刷電路板中搭建分路電路；(2).提取所述分路電路的拓撲結構；(3).在所述印刷電路板中設置疊層結構；(4).在源端加入脈衝激勵並提取波形；(5).在源端加入周期激勵並提取波形；(6).獲得固定延時波形。本發明提供的優選技術方案中，在所述步驟I中，以發射端作為時鐘輸出端的埠，接收端作為時鐘輸入負載端的埠 ；發射端根據使用時鐘的具體類型加入相應的電源網絡和地網絡作為參考電壓；所述分路電路是環形分路電路；所述發射端和所述接收端設置在所述拓撲結構中。本發明提供的第二優選技術方案中，在所述步驟3中，所述疊層結構包括由上至下分別設置的元件層、地層、中間走線層、地層、電源層和元件層。本發明提供的第三優選技術方案中，所述地層、所述中間走線層和所述地層構成屏蔽結構。本發明提供的第四優選技術方案中，在所述步驟4中，對提取的波形進行波形條件判斷，若提取的波形不符合波形條件則進行反射匹配，否則進行步驟5。本發明提供的第五優選技術方案中，所述反射匹配，通過調整前後端匹配電阻使得信號的反射在容忍範圍內。本發明提供的第六優選技術方案中，在所述步驟5中，對提取的波形進行波形條 件判斷，若提取的波形符合波形條件則進行步驟6，否則微調疊層屬性後繼續提取波形。本發明提供的第七優選技術方案中，波形條件包括波形的上下沿保持良好的單調性、噪聲裕量足夠大以達到規定值用於抗外界幹擾、上衝與下衝不能超過規定電壓和波形沒有明顯的失真，且沒有明顯振鈴現象。本發明提供的第八優選技術方案中，在所述印刷電路板中設置蛇形線和跨槽控制傳輸時延。與現有技術比，本發明提供的一種基於印刷電路板的時鐘延時控制方法，對信號延時和信號質量的要求可以高度自定義，修改和實現十分方便；分路電路的拓撲結構設計在一個以地平面與地線圍成的近似腔體結構中，有效屏蔽了外界磁場幹擾與信號間的串擾，保證了高速信號的質量；而且，固定延時採樣時鐘的獲得無需加入外圍控制延時電路，節約了器件成本，簡化了電路結構；對延時的控制建立在印刷電路板的傳輸線上，利用信號在不同長度和寬度的傳輸線以及不同介電常數的介質上傳播時具有固定延時差進行延時控制；再者，通過印刷電路板自主設計來實現有效的時鐘等效採樣，克服了採用專用晶片或專用電路來實現等效採樣的周期長、靈活性不足等缺陷，滿足了高精度數據採集系統的實現需求，擁有廣闊的應用前景。
圖I為基於印刷電路板的時鐘延時控制方法框圖。圖2為基於印刷電路板的時鐘延時控制方法流程圖。
具體實施例方式實現一種設計靈活、經濟、高效的板級時鐘延時控制方法。提供了一種純硬體的基於印刷電路板的時鐘延時控制方法。利用該方法可以實現時鐘的等效採樣，進而提高數據採集系統的精度。下面通過兩個實施例對基於印刷電路板的時鐘延時控制方法作進一步詳細說明。如圖1、2所示，實施例I，本方法採用如下技術方案I、搭建環形分路電路。以發射端作為時鐘輸出端的埠，接收端作為時鐘輸入負載端的埠。發射端根據使用時鐘的具體類型加入相應的電源網絡和地網絡作為參考電壓。2、印刷電路板中搭建近似屏蔽結構用於屏蔽實際幹擾以提高精確性。在印刷電路板中設置疊層結構，本設計將疊層定義為六層，由上至下分別為元件層、地層、中間走線層、地層、電源層和元件層。地層、中間走線層和地層的設置是為搭建近似屏蔽結構所準備。在每條發射端到接收端的傳輸線兩側都鋪上地線，並打過孔與地層相連。每條傳輸線的上下左右均被地網絡包圍，形成近似屏蔽結構。在印刷電路板中，當板厚為2_，電路板中介質的介電常數為4. 5，損耗角正切為O. 035，傳輸線厚度為O. 75mil，傳輸線寬度為IOmil的時候，50MHz的信號在線長與傳輸延遲沒有強外界幹擾的情況下每144ps傳播IOOOmil的長度，即大約每7mil的線長可以增加Ips的傳輸延時。3、以蛇形線增加傳輸時間和跨槽增加回流路徑為主要方法控制傳輸時延。4、通過調整疊層厚度、介質的介電常數、前後端匹配電阻和傳輸線寬度使得信號的反射在容忍範圍內，波形以滿足以下條件為準波形的上下沿保持良好的單調性；噪聲 裕量足夠大以達到規定值用於抗外界幹擾；上衝與下衝不能超過規定電壓；和波形沒有明顯的失真，且沒有明顯振鈴現象。如圖I、2所示，實施例2，本方法採用如下技術方案一種基於印刷電路板的時鐘延時控制方法，所述方法包括如下步驟(I).在所述印刷電路板中搭建分路電路；(2).提取所述分路電路的拓撲結構；
(3).在所述印刷電路板中設置疊層結構；(4).在源端加入脈衝激勵並提取波形；(5).在源端加入周期激勵並提取波形；(6).獲得固定延時波形。在所述步驟I中，以發射端作為時鐘輸出端的埠，接收端作為時鐘輸入負載端的埠 ；發射端根據使用時鐘的具體類型加入相應的電源網絡和地網絡作為參考電壓；所述分路電路是環形分路電路；所述發射端和所述接收端設置在所述拓撲結構中。在所述步驟3中，所述疊層結構包括由上至下分別設置的元件層、地層、中間走線層、地層、電源層和元件層。所述地層、所述中間走線層和所述地層構成屏蔽結構。在所述步驟4中，對提取的波形進行波形條件判斷，若提取的波形不符合波形條件則進行反射匹配，否則進行步驟5。所述反射匹配，通過調整前後端匹配電阻使得信號的反射在容忍範圍內。在所述步驟5中，對提取的波形進行波形條件判斷，若提取的波形符合波形條件則進行步驟6，否則微調疊層屬性後繼續提取波形。波形條件包括波形的上下沿保持良好的單調性、噪聲裕量足夠大以達到規定值用於抗外界幹擾、上衝與下衝不能超過規定電壓和波形沒有明顯的失真，且沒有明顯振鈴現象。其中，良好的單調性是指一般是將上升沿/下降沿三等分，如果三段上升沿/下降沿分別都滿足單調上升/單調下降的特性，那麼整個上升沿/下降沿就具備良好的單調性。明顯的振鈴現象是指一般的定義是當信號的傳輸時延小於信號上升時間的20%，此時電平由於信號反射所造成的振鈴噪聲可以不考慮，即沒有明顯的振鈴現象。上下衝不能超過規定電壓是指一般設計中規定信號峰值的電壓不超過電壓擺幅的5%。
明顯的波形失真是指波形失真指輸出的信號波形不能還原輸入信號波形。噪聲裕量足夠大是指噪聲裕量是信號抗幹擾能力的一個指標，理論上是越大越好，但是噪聲裕量同時和過衝是一對矛盾的指標，噪聲裕量越大，過衝也越大，因此一般取一個折中值，即在過衝滿足條件的情況下，噪聲裕量儘可能的大。一般情況下，噪聲裕量必須是正值以保證信號具有基本的抗幹擾能力，理想的噪聲裕量是在信號的高低電平與其判決門限電壓之間取中間值。下面對噪聲裕量進行舉例說明比如一個輸出信號的最大電壓值為800mV，判決門限電壓為最大電壓的70%，那麼此時信號的噪聲裕量理想值在560mV-800mV之間，由於噪聲裕量越大，信號的過衝也越明顯，因此此時取折中值680mV。在所述印刷電路板中設置蛇形線和跨槽控制傳輸時延。
需要聲明的是，本發明內容及具體實施方式
意在證明本發明所提供技術方案的實際應用，不應解釋為對本發明保護範圍的限定。本領域技術人員在本發明的精神和原理啟發下，可作各種修改、等同替換、或改進。但這些變更或修改均在申請待批的保護範圍內。
權利要求
1.一種基於印刷電路板的時鐘延時控制方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟 (1).在所述印刷電路板中搭建分路電路； (2).提取所述分路電路的拓撲結構； (3).在所述印刷電路板中設置疊層結構； (4).在源端加入脈衝激勵並提取波形； (5).在源端加入周期激勵並提取波形； (6).獲得固定延時波形。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在所述步驟I中，以發射端作為時鐘輸出端的埠，接收端作為時鐘輸入負載端的埠 ；發射端根據使用時鐘的具體類型加入相應的電源網絡和地網絡作為參考電壓；所述分路電路是環形分路電路；所述發射端和所述接收端設置在所述拓撲結構中。
3.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在所述步驟3中，所述疊層結構包括由上至下分別設置的元件層、地層、中間走線層、地層、電源層和元件層。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述地層、所述中間走線層和所述地層構成屏蔽結構。
5.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在所述步驟4中，對提取的波形進行波形條件判斷，若提取的波形不符合波形條件則進行反射匹配，否則進行步驟5。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述反射匹配，通過調整前後端匹配電阻使得信號的反射在容忍範圍內。
7.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，在所述步驟5中，對提取的波形進行波形條件判斷，若提取的波形符合波形條件則進行步驟6，否則微調疊層屬性後繼續提取波形。
8.根據權利要求5或7所述的方法，其特徵在於，波形條件包括波形的上下沿保持良好的單調性、噪聲裕量足夠大以達到規定值用於抗外界幹擾、上衝與下衝不能超過規定電壓和波形沒有明顯的失真，且沒有明顯振鈴現象。
9.根據權利要求1-8任一項所述的方法，其特徵在於，在所述印刷電路板中設置蛇形線和跨槽控制傳輸時延。
全文摘要
本發明提供了一種基於印刷電路板的時鐘延時控制方法，包括如下步驟(1)在所述印刷電路板設計中搭建分路電路；(2)提取所述分路電路的拓撲結構；(3)在所述印刷電路板設計中設置疊層結構；(4)在源端加入脈衝激勵並提取波形；(5)在源端加入周期激勵並提取波形；(6)獲得固定延時波形。本發明提供的基於印刷電路板的時鐘延時控制方法，用於實現時鐘對數據的高精度採樣，屬於高精度數據採集系統方面的創新；該方法通過信號在介質中傳播具有固定延時這一特性對多路信號進行板級的延時控制，延時控制精度可以達到ps級別，通過對一組時鐘信號的延時進行控制，從而提高時鐘對數據的採樣精度。
文檔編號H03H11/28GK102832906SQ20121029582
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月17日 優先權日2012年8月17日
發明者劉川, 吳鵬, 陳磊, 吳志剛, 奚後瑋, 吳軍民, 張剛, 黃在朝, 黃輝, 鄧輝, 王瑋, 侯功, 沈文, 於海, 虞躍 申請人:中國電力科學研究院, 國家電網公司