用DSP實(shí)現(xiàn)抖動(dòng)(Jitter)測量的方法

研制的抖動(dòng)測試儀主要包括以下模塊：時(shí)鐘記數(shù)、脈沖展寬、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理。其中除了脈沖展寬模塊是模擬電路外,其余的3個(gè)模塊都是數(shù)字電路,所以該設(shè)計(jì)是一種數(shù)字與模擬的混合電路。在設(shè)計(jì)中,考慮到算法的復(fù)雜性和靈活性,開發(fā)時(shí)間的緊迫性以及系統(tǒng)的要求,選用了德州儀器（TI）的TMS320F206。

DSP選擇

TMS320F206是德州儀器公司用靜態(tài)CMOS技術(shù)集成的DSP芯片,屬于TMS320C2000系列。這是一種低功耗器件,采用了改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu),有1條程序總線和3條數(shù)據(jù)總線,有高度并行性的算術(shù)邏輯單元ALU、專用硬件邏輯、片內(nèi)存儲(chǔ)器、片內(nèi)外設(shè)和高度專業(yè)化的指令集,從而使該芯片速度高、操作靈活。TMS320F206有224K的尋址能力、3個(gè)外部中斷、1個(gè)同步串口和一個(gè)異步串口,最高時(shí)鐘為40MHz。由于每秒需處理數(shù)據(jù)2Mbit,每個(gè)符號(hào)采樣兩次,所以實(shí)際數(shù)據(jù)速率是4Mbps。通過其算法來估計(jì)其運(yùn)算量,40MIPS的處理能力完全可以滿足其要求。在設(shè)計(jì)中使用了1個(gè)外部中斷,一個(gè)異步串口。異步串口和PC機(jī)的串口相連接,將DSP計(jì)算結(jié)果送回到PC機(jī)顯示。

時(shí)鐘記數(shù)模塊

該模塊主要作用有以下幾個(gè)：

①對(duì)二分頻后的2MHz時(shí)鐘信號(hào)用100MHz的時(shí)鐘進(jìn)行記數(shù);

②用100MHz時(shí)鐘對(duì)2MHz信號(hào)記數(shù),產(chǎn)生誤差脈沖;

③對(duì)展寬后的誤差脈沖用100MHz的時(shí)鐘進(jìn)行記數(shù);

④產(chǎn)生與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊接口的寫時(shí)鐘和寫使能信號(hào);

⑤將2MHz的記數(shù)值和展寬的誤差脈沖記數(shù)值通過一路8位的數(shù)據(jù)總線分時(shí)輸出。

此模塊的設(shè)計(jì)主要是用一塊XILINX公司的CPLD XC95108來完成的。

脈沖展寬模塊

脈沖展寬模塊是為了提高測試抖動(dòng)的精度,這是本設(shè)計(jì)中非常關(guān)鍵的一個(gè)模塊。本設(shè)計(jì)測試抖動(dòng)其實(shí)就是精確地測試出每個(gè)周期的時(shí)間,只有測試的時(shí)間精度提高,最終測試抖動(dòng)才能達(dá)到要求的精度。若無脈沖展寬電路,僅用100MHz的時(shí)鐘記數(shù)的話,則單個(gè)周期的測時(shí)的最大誤差將會(huì)是20ns,這樣根本無法滿足抖動(dòng)測試的精度要求。

為了測出小于度量單位的一個(gè)物理量的值,我們很容易地想到只要將該物理量放大一個(gè)固定的倍數(shù)后,使該放大后的物理量可測,此時(shí)只要測出該物理量后除以該放大倍數(shù),即可得到原先的物理量的值。該模塊的設(shè)計(jì)就利用了這樣的思路。具體是利用LM234產(chǎn)生兩個(gè)恒流源,分別做為一個(gè)電容的充電電流和放電電流。利用充放電電流的不同產(chǎn)生斜率不同的充電曲線,再與一參考電壓進(jìn)行比較,即可得到一展寬的脈沖。具體的脈沖展寬電路是用兩個(gè)三級(jí)管完成充放電工作和比較電路。三級(jí)管的型號(hào)是2SC3357,2SC3357是高頻三級(jí)管,其工作頻率可達(dá)到2GHz。選用高頻三級(jí)管對(duì)此設(shè)計(jì)相當(dāng)重要,因?yàn)橐獪y的誤差脈沖其時(shí)間只有幾個(gè)ns。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊