4、时钟与同步系统 (Clock & PPS) 视频 | 2026-04-29 07:30 | 阅读: 33 ### 4、时钟与同步系统 (Clock & PPS) SDR 最看重时钟精度。 * **PPS (Pulse Per Second)**:`PPS_IN_EXT` (外部) 和 `PPS_IN_INT` (内部 GPSDO)。用于多台设备对齐时间。 * **codec_main_clk**:进入 FPGA 的主时钟(LVDS 差分信号),这是整个系统处理频率的基准。 * **PLL 控制**:`pll_mosi`, `pll_sclk`, `pll_lock` 负责控制板载的锁相环芯片(如 LMK04828 等)。 </br> | 模块名称 | 核心芯片 (位号) | 核心 IO 信号 | 功能描述与原理分析 | 现状与实际作用 (国产版) | | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | | **10M 参考源切换** | **SN74LVC1G3157** (IC16) | `REF_SEL`, `EXT_10M`, `GPS_10M` | **原理:** 模拟二选一开关。根据 `REF_SEL` 电平切换 PLL 的参考源。 </br> **关键:** `GPS_10M` 引脚悬空。目前只能在“内部时钟”与“外部 10M”之间切换。原厂方案是外插一个 GPSDO,能够提供 GPS_10M,主要是成本考虑,国产版的没有这么设计 | ![][p11] | | **PPS 参考源** | **SN74AUP1T57DBVT** (IC17) | `EXT_PPS`, `PPS_IN_EXT` | **原理:** 外部秒脉冲(External PPS)输入缓冲与电平调理电路:将外部输入的 PPS 信号转化为板级系统可识别的干净数字信号。 </br> **关键:** 即使输入的脉冲波形有噪声、缓慢或不规整,它也能输出陡峭、干净的方波 | ![][p12] | | **鉴相/锁相控制** | **ADF4001** (IC15) | `RFINA`, `REFIN`, `CP`, `MUXOUT` | **原理:** 比较参考 10M 和反馈 40M 的相位差。通过 `CP` 输出误差电流。 </br> **作用:** 负责将板载 40M 晶振“锁”在外部输入的 10M 参考源上,消除频偏。 | ![][p14] | | **环路滤波** | **三阶 RC 网络** | `ADF4001_CP`, `vcxo_tune` | **原理:** 低通滤波器。将鉴相器输出的脉冲电流平滑为极其稳定的直流电压。 </br> **关键:** 决定了时钟的相位噪声(Phase Noise)。若电容失效,时钟会剧烈抖动。 | ![][p15] | | **压控振荡源**</br></br>**时钟分发** | **40M VCTCXO** (Y1)</br></br>**CDCLVC1103** (IC18) | `vcxo_tune`, `Clock Out`</br></br>`1-In, 3-Out` | **原理:** 系统的“心脏”。输出频率受 `vcxo_tune` 电压控制。 </br> **作用:** 产生 AD9361 采样所需的原始时钟,其精度决定了射频信号的质量。</br></br>**原理:** 1 分 3 低抖动时钟缓冲器,保证信号完整性。 </br> **分发对象:** 1路回馈给 PLL 形成闭环;1路给 AD9361;1路给 FPGA 作为逻辑时钟。 | ![][p18] | | **时间同步/授时** | **MAX-M10S** (U17) | `PPS_INT`, `TX/RX`, `TIMEPULSE` | **原理:** GNSS 接收机。从卫星获取绝对时间,输出秒脉冲。 </br> **作用:** 虽不提供频率参考,但通过 `PPS_INT` 为 FPGA 提供“秒”对齐,用于多机时间同步。 | ![][p13] | | **数字配置总线** | **FPGA 控制线** | `pll_sclk`, `pll_mosi`, `pll_ce` | **原理:** 3线 SPI 串行总线。 </br> **作用:** FPGA 在开机时初始化 ADF4001,设置分频比(通常 R=1, N=4)。 | ![][p17] | | **超低噪声供电** | **TPS7A9201** (IC21) | `3V3_CLK` | **原理:** 高 PSRR(电源纹波抑制比)的 LDO 稳压器。 </br> **作用:** 专供时钟电路。如果使用普通 LDO,会导致收发信号出现大量的杂散和底噪。 | ![][p16] | </br> 对应的 xdc 映射为: ``` # --- 外部与内部 1PPS (秒脉冲) 输入信号 --- set_property -dict {PACKAGE_PIN G11 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports PPS_IN_EXT] ;# 将外部PPS输入绑定到引脚G11,电平标准3.3V set_property -dict {PACKAGE_PIN B15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports PPS_IN_INT] ;# 将内部(通常是GPSDO)PPS输入绑定到引脚B15,电平标准3.3V # --- 射频芯片(Codec)主时钟 --- set_property -dict {PACKAGE_PIN AA17 IOSTANDARD LVDS} [get_ports codec_main_clk_p] ;# 射频芯片主时钟正极,采用LVDS差分标准 set_property -dict {PACKAGE_PIN AA18 IOSTANDARD LVDS} [get_ports codec_main_clk_n] ;# 射频芯片主时钟负极,采用LVDS差分标准 # --- 板载锁相环(PLL)控制总线 --- set_property -dict {PACKAGE_PIN A8 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports pll_ce] ;# PLL使能信号,引脚A8 set_property -dict {PACKAGE_PIN C9 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports pll_mosi] ;# PLL SPI数据输入,引脚C9 set_property -dict {PACKAGE_PIN A9 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports pll_sclk] ;# PLL SPI时钟信号,引脚A9 set_property -dict {PACKAGE_PIN D9 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports ref_sel] ;# 外部参考时钟选择信号,引脚D9 set_property -dict {PACKAGE_PIN D8 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports pll_lock] ;# PLL锁定状态指示信号,引脚D8 # --- GPSDO / GPS 模块串口通信 --- # set_property -dict {PACKAGE_PIN A14 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports gps_rxd] ;# GPS模块的串口接收端,引脚A14,3.3V电平 # set_property -dict {PACKAGE_PIN B14 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports gps_txd] ;# GPS模块的串口发送端,引脚B14,3.3V电平 ``` </br> [p1]:https://tuchuang.beautifulzzzz.com:3000/?path=202603/vivado_24.01_install_config.png [p2]:https://tuchuang.beautifulzzzz.com:3000/?path=202603/B210_SCH_AD9361.png [p3]:https://tuchuang.beautifulzzzz.com:3000/?path=202603/B210_SCH_AD9361_LINES.png [p4]:https://tuchuang.beautifulzzzz.com:3000/?path=202603/B210_SCH_RF_FRONT_END.png [p5]:https://tuchuang.beautifulzzzz.com:3000/?path=202603/B210_SCH_RF_FRONT_END_ICs.png [p6]:https://tuchuang.beautifulzzzz.com:3000/?path=202603/cyusb3014_bzxc_arch.png [p7]:https://tuchuang.beautifulzzzz.com:3000/?path=202603/cyusb3014_bzxc_arch2.png [p8]:https://tuchuang.beautifulzzzz.com:3000/?path=202603/cyusb3014_bzxc_arch3.png [p9]:https://tuchuang.beautifulzzzz.com:3000/?path=202603/B210_SCH_USB3_PHY_ICs.png [p10]:https://tuchuang.beautifulzzzz.com:3000/?path=202603/B210_SCH_LED_STATE.png [p11]:https://tuchuang.beautifulzzzz.com:3000/?path=202603/B210_SCH_CLK_SN74LVC1G3157.png [p12]:https://tuchuang.beautifulzzzz.com:3000/?path=202603/B210_SCH_CLK_EXT_PPS.png [p13]:https://tuchuang.beautifulzzzz.com:3000/?path=202603/B210_SCH_CLK_MAX_M10S_00B_01.png [p14]:https://tuchuang.beautifulzzzz.com:3000/?path=202603/B210_SCH_CLK_ADF4001BRUZ.png [p15]:https://tuchuang.beautifulzzzz.com:3000/?path=202603/B210_SCH_CLK_MAX_ADF4001_CP.png [p16]:https://tuchuang.beautifulzzzz.com:3000/?path=202603/B210_SCH_CLK_LDO.png [p17]:https://tuchuang.beautifulzzzz.com:3000/?path=202603/B210_SCH_CLK_SPI_ADF4001.png [p18]:https://tuchuang.beautifulzzzz.com:3000/?path=202603/B210_SCH_CLK_40M23113541.png