Посібник користувача MICROCHIP Costas Loop Management
вступ
При бездротовій передачі передавач (Tx) і приймач (Rx) розділені відстанню та електрично ізольовані. Незважаючи на те, що і Tx, і Rx налаштовані на однакову частоту, існує зміщення частоти між несучими частотами через різницю часток на мільйон між осциляторами, що використовуються в Tx і Rx. Зміщення частоти компенсується за допомогою методів синхронізації з підтримкою або без використання даних (сліпа).
Петля Костаса — це метод компенсації зсуву несучої частоти на основі ФАПЧ без підтримки даних. Основне застосування петель Costas — у бездротових приймачах. Використовуючи це, частотний зсув між Tx і Rx компенсується без допомоги контрольних тонів або символів. Петля Костаса реалізована для модуляцій BPSK і QPSK зі зміною блоку обчислення помилок. Використання циклу Костаса для фазової або частотної синхронізації може призвести до фазової неоднозначності, яку необхідно виправити за допомогою таких методів, як диференціальне кодування.
Резюме
У наведеній нижче таблиці наведено підсумкові характеристики Costas Loop.
Таблиця 1. Характеристики петлі Костаса
| Основна версія | Цей документ стосується Costas Loop v1.0. |
| Підтримувані сімейства пристроїв |
|
| Підтримується Інструмент Потік | Потрібен Libero® SoC версії 12.0 або пізнішої версії. |
| Ліцензування | Costas Loop IP clear RTL заблоковано за ліцензією, а зашифрований RTL доступний у вільному доступі з будь-якою ліцензією Libero. Зашифрований RTL: Для ядра надається повний зашифрований код RTL, що дає змогу створити екземпляр ядра за допомогою Smart Design. Моделювання, синтез і макет можна виконувати за допомогою програмного забезпечення Libero. Очистити RTL: Повний вихідний код RTL надається для ядра та тестових стендів. |
особливості
Costas Loop має такі ключові особливості:
- Підтримує модуляції BPSK і QPSK
- Регульовані параметри петлі для широкого діапазону частот
Впровадження IP Core в Libero® Design Suite
IP-ядро має бути встановлено в IP-каталог програмного забезпечення Libero SoC. Це встановлюється автоматично через IP
Функція оновлення каталогу в програмному забезпеченні Libero SoC або IP-ядро завантажується вручну з каталогу. Один раз
IP-ядро встановлюється в IP-каталог програмного забезпечення Libero SoC, ядро налаштовується, генерується та створюється в інструменті Smart Design для включення до списку проектів Libero.
Використання та продуктивність пристрою
У наведених нижче таблицях наведено використання пристрою, що використовується для Costas Loop.
Таблиця 2. Використання петлі Костаса для QPSK
| Деталі пристрою | Ресурси | Продуктивність (МГц) | ОЗУ | Математичні блоки | Чіп Глобалс | |||
| Сім'я | пристрій | LUTs | DFF | LSRAM | μSRAM | |||
| SoC PolarFire® | MPFS250T | 1256 | 197 | 200 | 0 | 0 | 6 | 0 |
| PolarFire | MPF300T | 1256 | 197 | 200 | 0 | 0 | 6 | 0 |
Таблиця 3. Використання циклу Costas для BPSK
| Деталі пристрою | Ресурси | Продуктивність (МГц) | ОЗУ | Математичні блоки | Чіп Глобалс | |||
| Сім'я | пристрій | LUTs | DFF | LSRAM | μSRAM | |||
| SoC PolarFire® | MPFS250T | 1202 | 160 | 200 | 0 | 0 | 7 | 0 |
| Полярний вогонь | MPF300T | 1202 | 160 | 200 | 0 | 0 | 7 | 0 |
Важливо:
- Дані в цій таблиці зібрано за допомогою типових налаштувань синтезу та компонування. Джерело опорного тактового сигналу CDR було встановлено на Dedicated, а інші значення конфігуратора не змінено.
- Тактова частота обмежена 200 МГц під час виконання аналізу синхронізації для досягнення показників продуктивності.
Функціональний опис
У цьому розділі описано деталі реалізації циклу Costas.
На наступному малюнку показано блок-схему циклу Костаса на системному рівні.
Малюнок 1-1. Блок-схема циклу Костаса на системному рівні
Затримка між входом і виходом вершини Costas становить 11 тактів. Затримка THETA_OUT становить 10 годин
циклів. Kp (константа пропорційності), Ki (інтегральна константа), тета-фактор і коефіцієнт LIMIT повинні бути фіксованими відповідно до шумового середовища та введеного зміщення частоти. Петлі Костаса потрібен деякий час для блокування, як у операції PLL. Деякі пакети можуть бути втрачені під час початкового блокування Costas Loop.
Архітектура
Реалізація Costas Loop вимагає таких чотирьох блоків:
- Фільтр циклу (PI Controller у цій реалізації)
- Тета-генератор
- Похибка розрахунку
- Обертання вектора
Малюнок 1-2. Блок-схема циклу Костаса
Похибка для конкретної схеми модуляції обчислюється на основі повернутих значень I та Q за допомогою модуля векторного обертання. ПІ-регулятор обчислює частоту на основі помилки, пропорційного посилення Kp та інтегрального посилення Ki. Максимальне зміщення частоти встановлюється як граничне значення для вихідної частоти ПІ-регулятора. Модуль Theta Generator генерує кут шляхом інтегрування. Вхідний фактор тета визначає нахил інтегрування та залежить.
на сampгодинник. Кут, створений Тета-генератором, використовується для повороту вхідних значень I та Q. Функція помилки є специфічною для типу модуляції. Оскільки ПІ-регулятор реалізований у форматі з фіксованою комою, масштабування виконується на пропорційних та інтегральних виходах ПІ-регулятора.
Подібним чином реалізовано масштабування для тета-інтеграції.
Параметри ядра IP та сигнали інтерфейсу
У цьому розділі розглядаються параметри графічного конфігуратора Costas Loop і сигнали введення/виведення.
Параметри конфігурації
У наведеній нижче таблиці наведено опис параметрів конфігурації, які використовуються в апаратній реалізації Costas Loop. Це загальні параметри, які змінюються відповідно до вимог програми.
Таблиця 2-1. Параметр конфігурації
| Назва сигналу | опис |
| Тип модуляції | BPSK або QPSK |
Вхідні та вихідні сигнали
У наступній таблиці наведено вхідні та вихідні порти Costas Loop.
Таблиця 2-2. Вхідні та вихідні сигнали
| Назва сигналу | Напрямок | Тип сигналу | Ширина | опис |
| CLK_I | Введення | — | 1 | Сигнал годинника |
| ARST_N_IN | Введення | — | 1 | Активний низький асинхронний сигнал скидання |
| I_DATA_IN | Введення | Підписано | 16 | У фазі / Введення реальних даних |
| Q_DATA_IN | Введення | Підписано | 16 | Введення квадратурних / уявних даних |
| КП_ІН | Введення | Підписано | 18 | Константа пропорційності ПІ-регулятора |
| KI_IN | Введення | Підписано | 18 | Інтегральна константа ПІ-регулятора |
| LIMIT_IN | Введення | Підписано | 18 | Ліміт для ПІ-регулятора |
| THETA_FACTOR_IN | Введення | Підписано | 18 | Тета-фактор для тета-інтегрування. |
| I_DATA_OUT | Вихід | Підписано | 16 | У фазі / Вихід реальних даних |
| Q_DATA_OUT | Вихід | Підписано | 16 | Квадратура / Вихід уявних даних |
| THETA_OUT | Вихід | Підписано | 10 | Розрахований індекс Тета (0-1023) для перевірки |
| PI_OUT | Вихід | Підписано | 18 | PI вихід |
Хронометражні діаграми
У цьому розділі розглядається часова діаграма Costas Loop.
На наступному малюнку показано часову діаграму Costas Loop.
Малюнок 3-1. Часова діаграма циклу Костаса
Тестовий стенд
Уніфікований тестовий стенд використовується для перевірки та тестування Costas Loop, який називається тестовим стендом користувача. Тестовий стенд надається для перевірки функціональності Costas Loop IP.
Симуляційні рядки
Щоб змоделювати ядро за допомогою тестового стенду, виконайте наступні кроки:
- Відкрийте програму Libero SoC, клацніть вкладку «Каталог», розгорніть «Рішення-Бездротовий зв’язок», двічі клацніть COSTAS LOOP, а потім натисніть «ОК». Документація, пов’язана з IP, наведена в розділі Документація.
Важливо: Якщо ви не бачите вкладку Каталог, перейдіть до View > меню Windows і клацніть «Каталог», щоб зробити його видимим.
Малюнок 4-1. Costas Loop IP Core у каталозі Libero SoC
- Налаштуйте IP відповідно до ваших вимог.
Малюнок 4-2. Графічний інтерфейс конфігуратора
Підніміть усі сигнали до верхнього рівня та створіть дизайн - На вкладці «Ієрархія стимулів» натисніть «Побудувати ієрархію».
Малюнок 4-3. Побудуйте ієрархію
- На вкладці «Ієрархія стимулів» клацніть правою кнопкою миші тестовий стенд (збірка циклів Костаса), виберіть «Симулювати поточний дизайн», а потім натисніть «Відкрити інтерактивно».
Малюнок 4-4. Симуляція проектування перед синтезом
ModelSim відкривається з тестовим стендом file, як показано на наступному малюнку.
Малюнок 4-5. Вікно моделювання ModelSim
Важливо: Якщо моделювання перервано через обмеження часу виконання, указане в .do file, скористайтеся командою run -all, щоб завершити симуляцію
Історія версій
Історія переглядів описує зміни, внесені в документ. Зміни перераховані за версіями, починаючи з останньої публікації.
Таблиця 5-1. Історія версій
| Ревізія | Дата | опис |
| A | 03/2023 | Початковий випуск |
Підтримка Microchip FPGA
Група продуктів Microchip FPGA підтримує свої продукти різними службами підтримки, включаючи службу підтримки клієнтів,
Центр технічної підтримки клієнтів, а webсайт, а також офіси продажів по всьому світу. Клієнтам пропонують відвідати
Інтернет-ресурси Microchip, перш ніж звертатися до служби підтримки, оскільки дуже ймовірно, що їхні запити вже були
відповів.
Зверніться до Центру технічної підтримки через webсайт за адресою www.microchip.com/support. Згадайте пристрій FPGA
Номер деталі, виберіть відповідну категорію корпусу та завантажте дизайн files під час створення запиту технічної підтримки.
Зверніться до служби підтримки клієнтів, щоб отримати нетехнічну підтримку продукту, наприклад ціноутворення, оновлення продукту, оновлення
інформація, статус замовлення та авторизація.
- Телефонуйте з Північної Америки 800.262.1060
- З усього світу телефонуйте 650.318.4460
- Факс з будь-якої точки світу, 650.318.8044
Інформація про мікрочіп
Мікрочіп Webсайт
Microchip надає онлайн-підтримку через наш webсайт за адресою www.microchip.com/. Це webсайт використовується для виготовлення files і
інформація легко доступна клієнтам. Деякі з доступного вмісту включають:
- Підтримка продукту – Специфікації та помилки, примітки до застосування та sampпрограмні файли, ресурси дизайну, посібники користувача та документи підтримки обладнання, останні версії програмного забезпечення та архівне програмне забезпечення
- Загальна технічна підтримка – Часті запитання (FAQ), запити на технічну підтримку, онлайн-групи обговорення, список учасників партнерської програми Microchip design
- Бізнес Microchip – Посібники з вибору продукції та замовлення, останні прес-релізи Microchip, перелік семінарів і заходів, перелік офісів продажів, дистриб’юторів і представників фабрик Microchip
Служба сповіщень про зміну продукту
Служба сповіщень про зміну продукту від Microchip допомагає тримати клієнтів в курсі продуктів Microchip. Підписники отримуватимуть сповіщення електронною поштою щоразу про зміни, оновлення, перегляди чи помилки, пов’язані з певним сімейством продуктів або інструментом розробки, що їх цікавить.
Для реєстрації перейдіть на www.microchip.com/pcn і дотримуйтесь інструкцій щодо реєстрації.
Підтримка клієнтів
Користувачі продуктів Microchip можуть отримати допомогу декількома каналами:
- Дистриб'ютор або представник
- Місцевий офіс продажу
- Інженер із вбудованих рішень (ESE)
- Технічна підтримка
Клієнти повинні звернутися до свого дистриб’ютора, представника або ESE для отримання підтримки. Місцеві офіси продажу також доступні для допомоги клієнтам. У цьому документі міститься перелік торгових офісів і місць розташування.
Технічна підтримка доступна через webсайт за адресою: www.microchip.com/support
Функція захисту коду пристроїв Microchip
Зверніть увагу на такі деталі функції захисту коду на продуктах Microchip:
- Продукти Microchip відповідають специфікаціям, що містяться в їхніх конкретних даних Microchip.
- Компанія Microchip вважає, що її сімейство продуктів є безпечним за умови використання за призначенням, у межах робочих специфікацій і за нормальних умов.
- Microchip цінує та агресивно захищає свої права інтелектуальної власності. Спроби порушити функції захисту коду продукту Microchip суворо заборонені та можуть порушувати Закон про захист авторських прав у цифрову епоху.
- Ні Microchip, ні будь-який інший виробник напівпровідників не може гарантувати безпеку свого коду. Захист коду не означає, що ми гарантуємо, що продукт є «незламним». Захист коду постійно розвивається. Microchip прагне постійно вдосконалювати функції захисту коду наших продуктів
Юридична інформація
Цю публікацію та наведену тут інформацію можна використовувати лише з продуктами Microchip, зокрема для проектування, тестування,
і інтегруйте продукти Microchip у свою програму. Використання цієї інформації в будь-який інший спосіб порушує ці положення
умови. Інформація щодо програм пристрою надається лише для вашої зручності та може бути замінена
за оновленнями. Ви несете відповідальність за те, щоб ваша програма відповідала вашим вимогам. Зверніться до свого
місцевий офіс продажу Microchip для отримання додаткової підтримки або отримайте додаткову підтримку за адресою www.microchip.com/en us/support/ design-help/client-support-services.
ЦЯ ІНФОРМАЦІЯ НАДАЄТЬСЯ MICROCHIP «ЯК Є». MICROCHIP НЕ РОБИТЬ ЖОДНИХ ЗАЯВ АБО ГАРАНТІЙ БУДЬ-ЯКОГО ВИДУ, ЯВНИХ АБО НЕПРЯМИХ, ПИСЬМОВИХ АБО УСНИХ, СТАТУТНИХ АБО ІНШИХ, ПОВ’ЯЗАНИХ З ІНФОРМАЦІЄЮ, ВКЛЮЧАЮЧИ, АЛЕ НЕ ОБМЕЖУЮЧИСЬ, БУДЬ-ЯКІ НЕПРЯМІ ГАРАНТІЇ НЕПОРУШЕННЯ, ПРИДАТНІСТЬ ДЛЯ ПРОДАЖУ ТА ВІДПОВІДНІСТЬ ДЛЯ КОНКРЕТНОЇ МЕТИ АБО ГАРАНТІЇ, ПОВ’ЯЗАНІ З ЙОГО СТАНОМ, ЯКІСТЮ АБО ПРОДУКТИВНОСТЮ.
MICROCHIP НЕ НЕСЕ ВІДПОВІДАЛЬНОСТІ ЗА БУДЬ-ЯКІ НЕПРЯМІ, СПЕЦІАЛЬНІ, ШТРАФНІ, ВИПАДКОВІ АБО НЕПРЯМІ ВТРАТИ, ПОШКОДЖЕННЯ, ВАРТІСТЬ АБО ВИТРАТИ БУДЬ-ЯКОГО ВИДУ, ПОВ’ЯЗАНІ З ІНФОРМАЦІЄЮ АБО ЇЇ ВИКОРИСТАННЯМ, НЕЗАЛЕЖНО ЩО БУЛИ СПРИЧИНЕНІ, НАВІТЬ ЯКЩО КОМПАНІЮ MICROCHIP ПОВІДОМИЛИ ПРО МОЖЛИВІСТЬ АБО ЗБИТКИ ПЕРЕДБАЧЕНІ. У ПОВНОМУ МІРІ, ДОЗВОЛЕНОМУ ЗАКОНОМ, ЗАГАЛЬНА ВІДПОВІДАЛЬНІСТЬ MICROCHIP ЗА УСІМИ ПРЕТЕНЗІЯМИ, БУДЬ-ЯКИМ СПОСОБОМ ПОВ’ЯЗАНИМИ З ІНФОРМАЦІЄЮ АБО ЇЇ ВИКОРИСТАННЯМ, НЕ ПЕРЕВИЩАЄ СУМУ ЗБОРУ, ЯКЩО ІСНУЄ, ЯКУ ВИ СПЛАТИЛИ БЕЗПОСЕРЕДНЯ MICROCHIP ЗА ІНФОРМАЦІЮ.
Використання пристроїв Microchip для забезпечення життєзабезпечення та/або забезпечення безпеки здійснюється повністю на ризик покупця, і покупець погоджується захищати, відшкодовувати збитки та звільняти Microchip від будь-яких збитків, претензій, позовів або витрат, що виникають у результаті такого використання. Жодні ліцензії не передаються, опосередковано чи іншим чином, за будь-якими правами інтелектуальної власності Microchip, якщо не зазначено інше.
Система управління якістю
Для отримання інформації щодо систем управління якістю Microchip відвідайте веб-сайт www.microchip.com/quality.
Продажі та обслуговування по всьому світу
| АМЕРИКА | АЗІЯ/ТИХИЙ ОКЕАН | АЗІЯ/ТИХИЙ ОКЕАН | ЄВРОПА |
| Корпоративний офіс2355 West Chandler Blvd. Чандлер, Аризона 85224-6199Тел.: 480-792-7200Факс: 480-792-7277Технічна підтримка: www.microchip.com/support Web Адреса: www.microchip.com Атланта Дулут, Джорджія Тел.: 678-957-9614 Факс: 678-957-1455Остін, Техас тел.: 512-257-3370Бостон Вестборо, Массачусетс Тел.: 774-760-0087 Факс: 774-760-0088ЧикагоItasca, IL Тел.: 630-285-0071 Факс: 630-285-0075ДалласAddison, TX Тел.: 972-818-7423 Факс: 972-818-2924ДетройтНові, М. І. Тел. 248-848-4000Х'юстон, Техас тел.: 281-894-5983Індіанаполіс Noblesville, IN Тел.: 317-773-8323 Факс: 317-773-5453 Тел.: 317-536-2380Лос-Анджелес Mission Viejo, CA Тел.: 949-462-9523 Факс: 949-462-9608 Тел.: 951-273-7800Ролі, Північна Кароліна тел.: 919-844-7510Нью-Йорк, Нью-Йорк тел.: 631-435-6000Сан-Хосе, Каліфорнія Тел.: 408-735-9110Тел.: 408-436-4270Канада – Торонто Тел.: 905-695-1980 Факс: 905-695-2078 | Австралія – Сідней Тел.: 61-2-9868-6733Китай – Пекін Тел.: 86-10-8569-7000Китай – Ченду Тел.: 86-28-8665-5511Китай – Чунцин Тел.: 86-23-8980-9588Китай – Дунгуань Тел.: 86-769-8702-9880Китай – Гуанчжоу Тел.: 86-20-8755-8029Китай – Ханчжоу Тел.: 86-571-8792-8115Китай – САР Гонконг Тел.: 852-2943-5100Китай – Нанкін Тел.: 86-25-8473-2460Китай – Циндао Тел.: 86-532-8502-7355Китай – Шанхай Тел.: 86-21-3326-8000Китай – Шеньян Тел.: 86-24-2334-2829Китай – Шеньчжень Тел.: 86-755-8864-2200Китай – Сучжоу Тел.: 86-186-6233-1526Китай – Ухань Тел.: 86-27-5980-5300Китай – Сіань Тел.: 86-29-8833-7252Китай – Сямень Тел.: 86-592-2388138Китай – Чжухай Тел.: 86-756-3210040 | Індія – Бангалор Тел.: 91-80-3090-4444Індія – Нью-Делі Тел.: 91-11-4160-8631Індія - Пуна Тел.: 91-20-4121-0141Японія – Осака Тел.: 81-6-6152-7160Японія – Токіо Тел: 81-3-6880-3770Корея – Тегу Тел.: 82-53-744-4301Корея – Сеул Тел.: 82-2-554-7200Малайзія – Куала-Лумпур Тел.: 60-3-7651-7906Малайзія – Пенанг Тел.: 60-4-227-8870Філіппіни – Маніла Тел.: 63-2-634-9065СінгапурТел.: 65-6334-8870Тайвань – Синь Чу Тел.: 886-3-577-8366Тайвань – Гаосюн Тел.: 886-7-213-7830Тайвань – Тайбей Тел.: 886-2-2508-8600Таїланд – Бангкок Тел.: 66-2-694-1351В'єтнам - Хошимін Тел.: 84-28-5448-2100 | Австрія – Вельс Tel: 43-7242-2244-39Fax: 43-7242-2244-393Данія – Копенгаген Tel: 45-4485-5910Fax: 45-4485-2829Фінляндія – Еспоо Тел.: 358-9-4520-820Франція – Париж Tel: 33-1-69-53-63-20Fax: 33-1-69-30-90-79Німеччина – Гархінг Тел.: 49-8931-9700Німеччина – Хаан Тел.: 49-2129-3766400Німеччина – Хайльбронн Тел.: 49-7131-72400Німеччина – Карлсруе Тел.: 49-721-625370Німеччина – Мюнхен Tel: 49-89-627-144-0Fax: 49-89-627-144-44Німеччина – Розенхайм Тел.: 49-8031-354-560Ізраїль – Раанана Тел.: 972-9-744-7705Італія – Мілан Tel: 39-0331-742611Fax: 39-0331-466781Італія – Падуя Тел.: 39-049-7625286Нідерланди – Drunen Tel: 31-416-690399Fax: 31-416-690340Норвегія – Тронхейм Тел.: 47-72884388Польща – Варшава Тел.: 48-22-3325737Румунія – Бухарест Tel: 40-21-407-87-50Іспанія – Мадрид Tel: 34-91-708-08-90Fax: 34-91-708-08-91Швеція – Гетеборг Tel: 46-31-704-60-40Швеція – Стокгольм Тел.: 46-8-5090-4654Великобританія – Вокінгем Tel: 44-118-921-5800Fax: 44-118-921-5820 |
Документи / Ресурси
 |
MICROCHIP Costas Loop Management [pdfПосібник користувача Costas Loop Management, Loop Management, Management |