基于FPGA的通用位同步器設(shè)計(jì)方案（二）

2.2.2 定時(shí)誤差檢測(cè)設(shè)計(jì)

　　定時(shí)誤差檢測(cè)程序采用獨(dú)立于載波相位偏差的GA-TED算法。該算法每個(gè)符號(hào)周期只需要兩個(gè)插值，每個(gè)碼元周期輸出一個(gè)誤差信號(hào)μτ （n） ，即：

　　其中，y（n） 表示第n 個(gè)碼元選通時(shí)刻的內(nèi)插值，前后兩個(gè)內(nèi)插值的插值代表誤差方向；y（n - 1 2） 表示第 n 個(gè)和第n - 1 個(gè)碼元的中間時(shí)刻內(nèi)插值，代表誤差大小。

　　FPGA實(shí)現(xiàn)時(shí)，為避免乘法運(yùn)算，采用y（n） 和y（n - 1）的符號(hào)來(lái)代替實(shí)際值［8］，即采用式（5）計(jì)算誤差信息：

　　根據(jù)式（5）進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，誤差的正負(fù)方向判斷采用case 語(yǔ)句，當(dāng)y（n） 和y（n - 1） 的符號(hào)位分別為“0”和“1”時(shí)，y（n - 1 2）的符號(hào)位不變；當(dāng)符號(hào)位分別為“1”和“0”時(shí)，y（n - 1 2） 的符號(hào)位取反；當(dāng)符號(hào)位為“0”“0”或“1”“1”時(shí)，令輸出的μτ （n） = 0.TED程序在1 Ti 的時(shí)鐘控制下進(jìn)行運(yùn)算，最終得到29位誤差數(shù)據(jù)，并以1 T 的速率即碼元速率輸出至環(huán)路濾波器電路。

　　2.2.3 環(huán)路濾波器設(shè)計(jì)

　　本文對(duì)Gardner算法中的環(huán)路濾波器進(jìn)行了改進(jìn)，根據(jù)通用位同步器的要求，采用二階數(shù)字濾波器，并且開(kāi)放濾波器參數(shù)（C1，C2 ） 和使能（c_en）端口，當(dāng)碼元速率變化時(shí)，通過(guò)外部控制器來(lái)改變參數(shù)，實(shí)現(xiàn)濾波器的通用性。濾波器結(jié)構(gòu)如圖5所示。

　　從圖5可以看到，濾波器的輸出為：

　　式中：Ko Kd 為環(huán)路增益；ζ 為阻尼系數(shù)，取ζ =0.707;T 為采樣時(shí)間間隔，即相位調(diào)整間隔；ωn 為無(wú)阻尼振蕩頻率。

　　為減少資源占用，環(huán)路濾波器中的乘法運(yùn)算均采用移位方式實(shí)現(xiàn)，處理后的誤差信息送給內(nèi)部控制器。

　　2.2.4 內(nèi)部控制器設(shè)計(jì)

　　內(nèi)部控制器根據(jù)定時(shí)誤差信息，調(diào)整插值頻率1 Ti和誤差間隔μk ，并輸出位同步脈沖BS，它包含NCO（Numerically Controlled Oscillator）和誤差間隔計(jì)算兩部分。該程序提供接口（頻率字fw 和使能端fw_en），外部控制器可以通過(guò)該接口輸入?yún)?shù)。

　　本設(shè)計(jì)中NCO 采用與文獻(xiàn)［10］類(lèi)似的DDS（DirectDigital Synthesis）結(jié)構(gòu)，其頻率控制字Fw 可由外部控制器設(shè)置，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。