智能寬帶去抖動

提出的原因

由上面總結的方法知，幾種方法都存在一定的不足。(1)利用了信號電平信息的去模擬抖動方法不能用于去除數字信號的抖動;(2)模擬去抖動方法中，平滑濾波的方法不能去除信號波動偏大時產生的抖動，而兩個觸發器解決辦法則不能準確反應信號的正半周與負半周的比例，而且，對于單穩態觸發器方法需要針對不同頻率的信號采用不同的時間參數配置;(3)數字去抖動方法中，RC濾波方法只能針對慢變信號，因為快變信號將被濾除或附加一定的相移P時延，而軟件設計的方法需要消耗大量的器件資源和時間資源，使得處理任務加重，這在有些時候是不容許的，對于優化設計則需要長期的經驗才能有效避免。

總體上，上面的方法在每次設計時都將讓我們權衡利用，效果有時也不盡人意。我們這里提出的智能寬帶去抖動的方法可以解決大部分的問題，對模擬和數字信號產生的抖動均有效。由于是基于CPLD硬件的設計，方便改進，還可事先不必確切知道哪個IPO口輸入的信號需要去抖動，同時不浪費其他硬件和軟件資源。在實際應用中可以針對可能產生邊沿抖動的所有信號進行去抖動處理，只要器件資源足夠。

智能寬帶去抖動原理

當我們需要進行較復雜的電路設計時，經常用到可編程器件，這樣可以使得硬件軟件化。實際使用時，可以針對引入的某個或幾個信號進行去抖動處理，使設計得到簡化。當信號輸入CPLD時，首先進行去抖動處理，形成規范的脈沖波形后再進行后續信號處理。

無論是在模擬電路中還是在數字電路中形成的信號邊沿的抖動，最終在送入CPLD的數字脈沖信號上都有相同的表現特征：緊跟在真實上(下)邊沿后面有多個負(正)的虛假窄脈沖。因而在CPLD中我們可以采用相同的方法來進行邊沿去抖動處理。由于信號頻段不同，抖動時間也會不同，正確處理的前提條件：(1)信號邊沿抖動時間小于信號周期的四分之一;(2)信號頻率小于器件工作頻率的八分之一。第一條是防止實際邊沿界定不準，第二條是保證抖動范圍可靠界定。對于頻率未知情況，可以對頻率進行分段，配合少量軟件編程，針對信號頻段可以進行智能分段處理。

具體實現時，設置三個觸發器：上升沿檢測觸發器B、下降沿觸發器C以及波門定時觸發器D。其中，上升沿觸發器是在信號上升沿到來時變成高電平，下降沿觸發器是在信號下降沿到來時變成高電平，抖動定時觸發器當前兩個觸發器是在前兩個觸發器之一變成高電平時變成高電平。前兩個觸發器在抖動定時觸發器清零時同時被清零，而抖動定時觸發器清零時間由信號頻率對應邊沿抖動范圍決定。時序如圖4所示。其中，為觀察方便，下降沿觸發器變成高電平的時間拖后了一些。由圖可見，輸入信號在前后沿均有雜亂的毛刺，用常規方法消除這種抖動很困難，模擬去抖動方法無能為力，常規的數字方法需要消耗軟件和硬件資源，而且容易形成誤操作，用我們的方法就很簡潔。

A信號第一次電平變化時(t1時刻)，出現上升沿，B觸發器開始觸發，同時引發D觸發器觸發，第一次下降沿到來時(即第一個毛刺，t2時刻)，C觸發器觸發，在設定定時范圍內，三個觸發器均保持不變。定時結束時(t3時刻)，D觸發器被清零，同時使B和C觸發器清零。從上面可以看出來，只要t3時刻不超過t4時刻則不破壞原來信號的正負區間。

在A信號實際下降沿到來時刻(t4時刻)，相當于定時觸發器清零后第一次下降沿到來時刻，此時C觸發器又受到觸發，同時引發D觸發器觸發。B觸發器在第一個毛刺到來時刻(t5時刻)得到觸發，與前面相同。在這次定時沒有結束前三個觸發器變成不變，直到定時結束時刻(t6時刻)，三個觸發器同時被清零。余下依此類推。

圖4　去抖動電路時序圖

最后，我們來看一下D觸發器波形，它在A信號正半周期間正負變化一次，在A信號負半周期間正負再變化一次，因此，只需用D觸發器的上升沿來觸發E信號，即可準確的恢復出沒有抖動的A信號來，如圖所示。如果A信號是周期信號，則E信號就是D信號的二分頻信號(注意用信號本身與D信號來對齊正半周就行)。

上面是有信號邊沿抖動的情況的分析，現在再來看看信號沒有邊沿抖動的情況?？梢韵胂?，在t2到t3時刻期間C觸發器沒有觸發，但B和D觸發器依然觸發，因為A信號存在上升沿，在t5到t6時刻期間B觸發器沒有觸發，但C和D觸發器仍然觸發，因為A信號在t4時刻存在下降沿，由此可以看出，在這種情況下，D觸發器波形沒有改變，從而可以用同樣的方法得到E恢復信號。

當信號頻率變化(或根本不是周期信號，只是一個個脈沖群)時，只要設置的波門定時范圍滿足前面提出的兩個條件，則仍然可以適用。如果在多倍頻程變化時，由于信號邊沿抖動寬度不一致，低端的抖動范圍可能已經超出了高頻端周期的一半，不能進行準確還原，因此需要進行分段處理。在輸入信號頻率完全未知的情況下，可以實際測量參數，根據最穩定的情況來確定分段的界限和參數，如果配合少量的軟件編程，提取信號穩定的段結果即可。這樣，就可以在很寬的頻帶內，自動選擇頻段參數以正確進行去抖動處理。