MICROCHIP Costas Loop Management Uživatelská příručka
Zavedení
Při bezdrátovém přenosu jsou vysílač (Tx) a přijímač (Rx) odděleny vzdáleností a elektricky izolovány. I když jsou oba Tx a Rx naladěny na stejnou frekvenci, existuje frekvenční posun mezi nosnými frekvencemi kvůli rozdílu v ppm mezi oscilátory použitými v Tx a Rx. Frekvenční posun je kompenzován použitím metod synchronizace s podporou dat nebo bez datové podpory (slepé).
Costas Loop je metoda založená na PLL bez datové podpory pro kompenzaci posunu nosné frekvence. Primární použití smyček Costas je v bezdrátových přijímačích. Pomocí tohoto je kompenzován frekvenční posun mezi Tx a Rx bez pomoci pilotních tónů nebo symbolů. Costas Loop je implementován pro modulace BPSK a QPSK se změnou bloku výpočtu chyb. Použití Costasovy smyčky pro fázovou nebo frekvenční synchronizaci může mít za následek fázovou nejednoznačnost, kterou je nutné opravit pomocí technik, jako je diferenciální kódování.
Shrnutí
Následující tabulka poskytuje souhrn charakteristik Costas Loop.
Tabulka 1. Charakteristika Costas Loop
| Základní verze | Tento dokument se vztahuje na Costas Loop v1.0. |
| Podporované rodiny zařízení |
|
| Podporováno Nástroj Tok | Vyžaduje Libero® SoC v12.0 nebo novější vydání. |
| Licencování | Costas Loop IP clear RTL je licenčně uzamčen a šifrovaný RTL je volně dostupný s jakoukoli licencí Libero. Šifrované RTL: Pro jádro je poskytován úplný šifrovaný RTL kód, který umožňuje vytvoření instance jádra pomocí Smart Design. Simulace, syntéza a rozvržení lze provádět pomocí softwaru Libero. Vymazat RTL: Pro jádro a testovací stolice je k dispozici kompletní zdrojový kód RTL. |
Vlastnosti
Costas Loop má následující klíčové vlastnosti:
- Podporuje modulace BPSK a QPSK
- Laditelné parametry smyčky pro široký frekvenční rozsah
Implementace IP Core v Libero® Design Suite
IP jádro musí být nainstalováno do IP katalogu softwaru Libero SoC. Toto se instaluje automaticky přes IP
Funkce aktualizace katalogu v softwaru Libero SoC nebo je jádro IP ručně staženo z katalogu. Jednou
jádro IP je nainstalováno v katalogu IP softwaru Libero SoC, jádro je nakonfigurováno, generováno a vytvořeno v rámci nástroje Smart Design pro zahrnutí do seznamu projektů Libero.
Využití a výkon zařízení
V následujících tabulkách je uvedeno využití zařízení pro Costas Loop.
Tabulka 2. Využití smyčky Costas pro QPSK
| Podrobnosti o zařízení | Zdroje | Výkon (MHz) | RAM | Matematické bloky | Chip Globals | |||
| Rodina | Zařízení | LUT | DFF | LSRAM | μSRAM | |||
| PolarFire® SoC | MPFS250T | 1256 | 197 | 200 | 0 | 0 | 6 | 0 |
| PolarFire | MPF300T | 1256 | 197 | 200 | 0 | 0 | 6 | 0 |
Tabulka 3. Využití smyčky Costas pro BPSK
| Podrobnosti o zařízení | Zdroje | Výkon (MHz) | RAM | Matematické bloky | Chip Globals | |||
| Rodina | Zařízení | LUT | DFF | LSRAM | μSRAM | |||
| PolarFire® SoC | MPFS250T | 1202 | 160 | 200 | 0 | 0 | 7 | 0 |
| Polární oheň | MPF300T | 1202 | 160 | 200 | 0 | 0 | 7 | 0 |
Důležité:
- Data v této tabulce jsou zachycena pomocí typické syntézy a nastavení rozložení. Zdroj referenčních hodin CDR byl nastaven na Vyhrazeno, ostatní hodnoty konfigurátoru se nezměnily.
- Hodiny jsou omezeny na 200 MHz při provádění analýzy časování, aby se dosáhlo výkonových čísel.
Popis funkce
Tato část popisuje podrobnosti implementace Costas Loop.
Následující obrázek ukazuje blokové schéma systému Costas Loop na úrovni systému.
Obrázek 1-1. Systémový blokový diagram Costasovy smyčky
Latence mezi vstupem a výstupem topu Costas je 11 hodinových cyklů. Latence THETA_OUT je 10 hodin
cykly. Kp (konstanta proporcionality), Ki (integrální konstanta), faktor Theta a faktor LIMIT musí být pevně stanoveny podle prostředí šumu a zaváděného frekvenčního posunu. Costas Loop nějakou dobu trvá, než se uzamkne, jako při operaci PLL. Některé pakety mohou být ztraceny během počáteční doby uzamčení Costas Loop.
Architektura
Implementace Costas Loop vyžaduje následující čtyři bloky:
- Loop Filter (PI regulátor v této implementaci)
- Theta generátor
- Výpočet chyb
- Vektorové rotace
Obrázek 1-2. Blokový diagram Costasovy smyčky
Chyba pro konkrétní modulační schéma se vypočítá na základě otočených hodnot I a Q pomocí vektorového rotačního modulu. PI regulátor vypočítává frekvenci na základě chyby, proporcionálního zesílení Kp a integrálního zesílení Ki. Maximální frekvenční posun je nastaven jako mezní hodnota pro frekvenční výstup PI regulátoru. Modul Theta Generator generuje úhel integrací. Vstup faktoru theta určuje sklon integrace a závisí.
na sampling hodiny. Úhel generovaný generátorem Theta se používá k otáčení vstupních hodnot I a Q. Chybová funkce je specifická pro typ modulace. Jelikož je PI regulátor implementován ve formátu s pevnou čárkou, měřítko se provádí na proporcionálních a integrálních výstupech PI regulátoru.
Podobně je implementováno škálování pro integraci theta.
Základní parametry IP a signály rozhraní
Tato část pojednává o parametrech v konfigurátoru Costas Loop GUI a I/O signálech.
Nastavení konfigurace
Následující tabulka uvádí popis konfiguračních parametrů používaných při hardwarové implementaci Costas Loop. Jedná se o obecné parametry, které se mění podle požadavků aplikace.
Tabulka 2-1. Konfigurační parametr
| Název signálu | Popis |
| Typ modulace | BPSK nebo QPSK |
Vstupní a výstupní signály
Následující tabulka uvádí vstupní a výstupní porty Costas Loop.
Tabulka 2-2. Vstupní a výstupní signály
| Název signálu | Směr | Typ signálu | Šířka | Popis |
| CLK_I | Vstup | — | 1 | Hodinový signál |
| ARST_N_IN | Vstup | — | 1 | Aktivní nízký asynchronní resetovací signál |
| I_DATA_IN | Vstup | Podepsaný | 16 | Ve fázi / Vstup reálných dat |
| Q_DATA_IN | Vstup | Podepsaný | 16 | Kvadraturní / imaginární vstup dat |
| KP_IN | Vstup | Podepsaný | 18 | Konstanta úměrnosti PI regulátoru |
| KI_IN | Vstup | Podepsaný | 18 | Integrální konstanta PI regulátoru |
| LIMIT_IN | Vstup | Podepsaný | 18 | Limit pro PI regulátor |
| THETA_FACTOR_IN | Vstup | Podepsaný | 18 | Theta faktor pro integraci theta. |
| I_DATA_OUT | Výstup | Podepsaný | 16 | Ve fázi / Výstup reálných dat |
| Q_DATA_OUT | Výstup | Podepsaný | 16 | Kvadraturní / imaginární výstup dat |
| THETA_OUT | Výstup | Podepsaný | 10 | Vypočítaný Theta index (0-1023) pro ověření |
| PI_OUT | Výstup | Podepsaný | 18 | PI výstup |
Časové diagramy
Tato část pojednává o časovém diagramu Costas Loop.
Následující obrázek ukazuje časový diagram Costas Loop.
Obrázek 3-1. Schéma časování Costasovy smyčky
Testbench
K ověření a testování Costas Loop se používá jednotný testbench nazývaný jako uživatelská testovací stolice. Testovací stolice slouží ke kontrole funkčnosti Costas Loop IP.
Simulační řádky
Chcete-li simulovat jádro pomocí testbench, proveďte následující kroky:
- Otevřete aplikaci Libero SoC, klepněte na kartu Katalog, rozbalte položku Solutions-Wireless, poklepejte na COSTAS LOOP a poté klepněte na OK. Dokumentace spojená s IP je uvedena v části Dokumentace.
Důležité: Pokud nevidíte kartu Katalog, přejděte na View > nabídku Windows a kliknutím na Katalog ji zviditelníte.
Obrázek 4-1. Costas Loop IP Core v katalogu Libero SoC
- Nakonfigurujte IP podle svých požadavků.
Obrázek 4-2. GUI konfigurátoru
Povyšte všechny signály na nejvyšší úroveň a vytvořte návrh - Na kartě Hierarchie stimulů klikněte na Vytvořit hierarchii.
Obrázek 4-3. Vybudujte hierarchii
- Na záložce Hierarchie stimulů klikněte pravým tlačítkem myši na testovací plochu (Costas loop bevy), ukažte na Simulate Present Design a poté klikněte na Open Interactively
Obrázek 4-4. Simulace návrhu před syntézou
ModelSim se otevře pomocí testovací plochy file, jak je znázorněno na následujícím obrázku.
Obrázek 4-5. Okno simulace ModelSim
Důležité: Pokud je simulace přerušena z důvodu limitu doby běhu uvedeného v souboru .do file, použijte k dokončení simulace příkaz run -all
Historie revizí
Historie revizí popisuje změny, které byly v dokumentu implementovány. Změny jsou uvedeny podle revizí, počínaje nejnovější publikací.
Tabulka 5-1. Historie revizí
| Revize | Datum | Popis |
| A | 03/2023 | Počáteční vydání |
Podpora Microchip FPGA
Skupina produktů Microchip FPGA podporuje své produkty různými podpůrnými službami, včetně zákaznických služeb,
Centrum zákaznické technické podpory, a webmísto a celosvětové prodejní kanceláře. Zákazníkům se doporučuje navštívit
Online zdroje Microchip před kontaktováním podpory, protože je velmi pravděpodobné, že jejich dotazy již byly
odpověděl.
Kontaktujte centrum technické podpory prostřednictvím webmísto na www.microchip.com/support. Zmínit zařízení FPGA
Číslo dílu, vyberte vhodnou kategorii pouzdra a nahrajte design files při vytváření případu technické podpory.
Obraťte se na zákaznický servis pro netechnickou podporu produktu, jako je cena produktu, aktualizace produktu, aktualizace
informace, stav objednávky a autorizace.
- Ze Severní Ameriky, zavolejte 800.262.1060
- Ze zbytku světa, zavolejte 650.318.4460
- Fax odkudkoli na světě, 650.318.8044
Informace o mikročipu
Mikročip Webmísto
Microchip poskytuje online podporu prostřednictvím našeho webmísto na www.microchip.com/. Tento webmísto se používá k výrobě files a
informace snadno dostupné zákazníkům. Některý dostupný obsah zahrnuje:
- Podpora produktu – Datové listy a errata, aplikační poznámky a sampprogramy, zdroje návrhů, uživatelské příručky a dokumenty podpory hardwaru, nejnovější verze softwaru a archivovaný software
- Obecná technická podpora – Často kladené otázky (FAQ), požadavky na technickou podporu, online diskusní skupiny, seznam členů programu designových partnerů Microchip
- Obchod s mikročipem – Průvodce pro výběr produktů a objednávky, nejnovější tiskové zprávy Microchip, seznam seminářů a akcí, seznamy prodejních kanceláří Microchip, distributorů a zástupců továren
Služba upozornění na změnu produktu
Služba oznamování změn produktů společnosti Microchip pomáhá zákazníkům udržovat aktuální informace o produktech společnosti Microchip. Předplatitelé obdrží e-mailové upozornění, kdykoli dojde ke změnám, aktualizacím, revizím nebo chybám souvisejícím s konkrétní produktovou řadou nebo vývojovým nástrojem, který je zajímá.
Chcete-li se zaregistrovat, přejděte na www.microchip.com/pcn a postupujte podle pokynů k registraci.
Zákaznická podpora
Uživatelé produktů Microchip mohou získat pomoc prostřednictvím několika kanálů:
- Distributor nebo zástupce
- Místní prodejní kancelář
- Embedded Solutions Engineer (ESE)
- Technická podpora
Zákazníci by měli kontaktovat svého distributora, zástupce nebo ESE s žádostí o podporu. Zákazníkům jsou k dispozici také místní prodejní kanceláře. V tomto dokumentu je uveden seznam prodejních kanceláří a míst.
Technická podpora je k dispozici prostřednictvím webmísto na: www.microchip.com/support
Funkce ochrany kódem zařízení Microchip
Všimněte si následujících podrobností o funkci ochrany kódu na produktech Microchip:
- Produkty Microchip splňují specifikace obsažené v jejich konkrétním datovém listu Microchip.
- Společnost Microchip věří, že její řada produktů je bezpečná, pokud se používají zamýšleným způsobem, v rámci provozních specifikací a za normálních podmínek.
- Microchip si cení a agresivně chrání svá práva duševního vlastnictví. Pokusy o porušení funkcí ochrany kódu produktu Microchip jsou přísně zakázány a mohou porušovat zákon Digital Millennium Copyright Act.
- Společnost Microchip ani žádný jiný výrobce polovodičů nemůže zaručit bezpečnost svého kódu. Ochrana kódem neznamená, že garantujeme, že produkt je „nerozbitný“. Ochrana kódu se neustále vyvíjí. Společnost Microchip se zavázala neustále zlepšovat funkce ochrany kódu našich produktů
Právní upozornění
Tato publikace a zde uvedené informace mohou být použity pouze s produkty Microchip, včetně návrhu, testování,
a integrujte produkty Microchip s vaší aplikací. Použití těchto informací jakýmkoli jiným způsobem je porušuje
podmínky. Informace týkající se aplikací zařízení jsou poskytovány pouze pro vaše pohodlí a mohou být nahrazeny
podle aktualizací. Je vaší odpovědností zajistit, aby vaše aplikace odpovídala vašim specifikacím. Kontaktujte svého
místní prodejní kancelář Microchip pro další podporu nebo získat další podporu na www.microchip.com/en us/support/design-help/client-support-services.
TYTO INFORMACE POSKYTUJE SPOLEČNOST MICROCHIP „TAK JAK JSOU“. MICROCHIP NEPOSKYTUJE ŽÁDNÁ PROHLÁŠENÍ ANI ZÁRUKY JAKÉHOKOLI DRUHU, AŤ UŽ VÝSLOVNÉ ČI PŘEDPOKLÁDANÉ, PÍSEMNÉ NEBO ÚSTNÍ, ZÁKONNÉ NEBO JINÉ, TÝKAJÍCÍ SE INFORMACÍ VČETNĚ, ALE NE OMEZENÍ, JAKÝCHKOLI PŘEDPOKLÁDANÝCH ZÁRUK, ZÁRUK NEPORUŠENÍ TNCH OBCHODU KONKRÉTNÍ ÚČEL NEBO ZÁRUKY VZTAHUJÍCÍ SE K JEHO STAVU, KVALITĚ NEBO VÝKONU.
V ŽÁDNÉM PŘÍPADĚ NEBUDE MICROCHIP ODPOVĚDNÁ ZA ŽÁDNÉ NEPŘÍMÉ, ZVLÁŠTNÍ, TRESTNÉ, NÁHODNÉ NEBO NÁSLEDNÉ ZTRÁTY, ŠKODY, NÁKLADY NEBO NÁKLADY JAKÉHOKOLI DRUHU, JAKKOLI SOUVISEJÍCÍ S INFORMACÍ NEBO JEJICH POUŽITÍM, JAKKOLI BY BYLO UVEDENO, JAK BY BYLO ZPŮSOBeno, MOŽNOST NEBO ŠKODY JSOU PŘEDVÍDAJÍCÍ. CELKOVÁ ODPOVĚDNOST SPOLEČNOSTI MICROCHIP ZA VŠECHNY NÁROKY SOUVISEJÍCÍ S INFORMACEMI NEBO JEJICH POUŽITÍM NEPŘEKROČÍ V NEJVYŠŠÍM ROZSAHU POVOLENÉM ZÁKONEM, KTERÉ JSTE ZA INFORMACE ZAPLATILI PŘÍMO SPOLEČNOSTI MICROCHIP.
Použití zařízení Microchip v aplikacích na podporu života a/nebo v bezpečnostních aplikacích je zcela na riziko kupujícího a kupující souhlasí s tím, že bude Microchip bránit, odškodnit a chránit před všemi škodami, nároky, žalobami nebo výdaji vyplývajícími z takového použití. Žádné licence nejsou poskytovány, implicitně ani jinak, v rámci jakýchkoli práv duševního vlastnictví společnosti Microchip, pokud není uvedeno jinak.
Systém managementu kvality
Informace týkající se systémů řízení kvality společnosti Microchip naleznete na adrese www.microchip.com/quality.
Celosvětový prodej a servis
| AMERIKY | ASIE/PACIFIK | ASIE/PACIFIK | EVROPA |
| Kancelář společnosti2355 West Chandler Blvd. Chandler, AZ 85224-6199Tel: 480-792-7200Fax: 480-792-7277Technická podpora: www.microchip.com/support Web Adresa: www.microchip.com Atlanta Duluth, GA Tel: 678-957-9614Fax: 678-957-1455Austin, TX tel: 512-257-3370Boston Westborough, MA Tel: 774-760-0087Fax: 774-760-0088ChicagoItasca, IL Tel: 630-285-0071Fax: 630-285-0075DallasAddison, TX Tel: 972-818-7423Fax: 972-818-2924DetroitNovi, MI Tel: 248-848-4000Houston, TX tel: 281-894-5983Indianapolis Noblesville, IN Tel: 317-773-8323Fax: 317-773-5453Tel: 317-536-2380Los Angeles Mission Viejo, CA Tel: 949-462-9523Fax: 949-462-9608Tel: 951-273-7800Raleigh, NC tel: 919-844-7510New York, NY tel: 631-435-6000San Jose, CA Tel: 408-735-9110Tel: 408-436-4270Kanada – Toronto Tel: 905-695-1980Fax: 905-695-2078 | Austrálie – Sydney Tel: 61-2-9868-6733Čína – Peking Tel: 86-10-8569-7000Čína – Čcheng-tu Tel: 86-28-8665-5511Čína – Chongqing Tel: 86-23-8980-9588Čína – Dongguan Tel: 86-769-8702-9880Čína – Guangzhou Tel: 86-20-8755-8029Čína – Chang-čou Tel: 86-571-8792-8115Čína – SAR Hong Kong Tel: 852-2943-5100Čína – Nanjing Tel: 86-25-8473-2460Čína – Čching-tao Tel: 86-532-8502-7355Čína – Šanghaj Tel: 86-21-3326-8000Čína – Shenyang Tel: 86-24-2334-2829Čína – Shenzhen Tel: 86-755-8864-2200Čína – Suzhou Tel: 86-186-6233-1526Čína – Wuhan Tel: 86-27-5980-5300Čína – Xian Tel: 86-29-8833-7252Čína – Xiamen Tel: 86-592-2388138Čína – Zhuhai Tel: 86-756-3210040 | Indie – Bangalore Tel: 91-80-3090-4444Indie – Nové Dillí Tel: 91-11-4160-8631Indie - Pune Tel: 91-20-4121-0141Japonsko – Ósaka Tel: 81-6-6152-7160Japonsko – Tokio Tel: 81-3-6880- 3770Korea – Daegu Tel: 82-53-744-4301Korea – Soul Tel: 82-2-554-7200Malajsie - Kuala Lumpur Tel: 60-3-7651-7906Malajsie – Penang Tel: 60-4-227-8870Filipíny – Manila Tel: 63-2-634-9065SingapurTel: 65-6334-8870Tchaj-wan – Hsin Chu Tel: 886-3-577-8366Tchaj-wan – Kaohsiung Tel: 886-7-213-7830Tchaj-wan – Tchaj-pej Tel: 886-2-2508-8600Thajsko – Bangkok Tel: 66-2-694-1351Vietnam – Ho Či Min Tel: 84-28-5448-2100 | Rakousko – Wels Tel: 43-7242-2244-39Fax: 43-7242-2244-393Dánsko – Kodaň Tel: 45-4485-5910Fax: 45-4485-2829Finsko – Espoo Tel: 358-9-4520-820Francie – Paříž Tel: 33-1-69-53-63-20Fax: 33-1-69-30-90-79Německo – Garching Tel: 49-8931-9700Německo – Haan Tel: 49-2129-3766400Německo – Heilbronn Tel: 49-7131-72400Německo – Karlsruhe Tel: 49-721-625370Německo – Mnichov Tel: 49-89-627-144-0Fax: 49-89-627-144-44Německo – Rosenheim Tel: 49-8031-354-560Izrael – Ra'anana Tel: 972-9-744-7705Itálie – Milán Tel: 39-0331-742611Fax: 39-0331-466781Itálie – Padova Tel: 39-049-7625286Nizozemsko – Drunen Tel: 31-416-690399Fax: 31-416-690340Norsko – Trondheim Tel: 47-72884388Polsko – Varšava Tel: 48-22-3325737Rumunsko – Bukurešť Tel: 40-21-407-87-50Španělsko - Madrid Tel: 34-91-708-08-90Fax: 34-91-708-08-91Švédsko – Göteborg Tel: 46-31-704-60-40Švédsko – Stockholm Tel: 46-8-5090-4654Velká Británie – Wokingham Tel: 44-118-921-5800Fax: 44-118-921-5820 |
Dokumenty / zdroje
 |
MICROCHIP Costas Loop Management [pdfUživatelská příručka Costas Loop Management, Loop Management, Management |