测周法实现位同步时钟的提取

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1、M序列产生电路

M序列产生以移位寄存器为基础，每次输出移位寄存器的最后一位，并更新数值，从而形成伪随机序列。

m_p:process(clk,reset)         

begin

dataout<=shifter(7);

if (reset='0') then shifter<="00001111";    -——移位寄存器的初始值

elsif rising_edge(clk) then 

    shifter(7 downto 1)<=shifter(6 downto 0);    ——输出最后一位

     shifter(0)<=shifter(3) xor shifter(4) xor shifter(5) xor shifter(7);   ——移位更新数据

end if;

end process;
```

（2）位时钟提取电路


  为了程序的易读性以及编程的可控性，在编程实现位时钟同步提取电路的过程中主要使用状态机来完成。第一个状态机用来检测一段时间内两个上升沿之间的最小间隔，用来提取同步时钟
```
 process(clk)
 begin
 if clk'event and clk='1' then
   case state is
    when 0=>   min_reg<=20000000;      ——设定最小值
               state<=1;     

    when 1=>   if m='1' and m_delay1='0' then    ——当检测到M序列的上升沿
               state<=2;
              count2<=0;
                  end if;
    when 2=>   count1<=count1+1;          ——探测时间范围控制
              count2<=count2+1;       ——两个上升沿之间的时间间隔
                if m='1' and m_delay1='0' then
                 state<=3;
                     end if;
    when 3=>   if count2<min_reg then
              min_reg<=count2;
                  end if;
                     if count1>=30000000 then   
                      state<=4;
                      count1<=0;
                      else
                      state<=1;
                      end if;
    when 4=>   min_reg2<=min_reg;
                 if min_reg2=min_reg then   ——为了防止跳变，使用一级寄存器，当连
                   min<=min_reg2;     ——两次检测到相同的最小值，才输出
                        end if;
                 state<=0;
            end case;
            end if;
            end process;



待检测到最小时间间隔后，可用时钟计数除
2作为同步时钟的周期，并根据
M
序列做相位同步。

 

process(clk)
    begin
       if clk'event and clk='1' then 
        case step is
    when 0=> 
                    period<=min+26;
                     step<=1;
        when 1=>  if m='1' and m_delay1='0' then   ——检测
M
序列的上升沿
                    step<=2;
                        end if;
        when 2=>   if count3<period/4 then      ——产生高电平
                     reclk<='1';
                         count3<=count3+1;
                        else
                          if count5<127 then    ——每个M序列的周期同步一次相位
                          step<=3;
                      count3<=0;
                      count5<=count5+1;
                          else
                          step<=1;
                          count5<=0;
                          end if;
                          end if;
        when 3=>  if count4<period/4 then     ——产生低电平
                       reclk<='0';
                           count4<=count4+1;
                       else
                           count4<=0;               
                            if period>=min then    
                              re<=period-min;
                                else
                                re<=min-period;
                            end if;
                                if re>37 then  ——用来防止信号的不稳定带来的跳变
                                  step<=0;
                                else
                                    step<=2;
                                 end if;
                                 end if;                             
             when others=>  step<=0;           
                         end case;
                            end if;
                        end process;

``` 
因为前级模拟电路中低通滤波器的频率响应不平整，造成相位的变化，加之FPGA在整除过程中对结果进行了舍位操作，导致测周法提取的时钟存在误差，所以在要求严格要求相位抖动的时候还是应该使用锁相环法，对于一位FPGA的菜鸟来说，锁相环的工作原理和实现方法值得我们去探究。