前言
有时我们需要测量一个特定的量级，但由噪声或偶尔干扰引起的数据错误可能会影响测量。假设我们有一个参数测量电路，偶尔记录一个错误的值，我们必须以某种方式过滤测量值，以过滤记录值中的错误值。
本文将介绍一个数字电路，可以在噪声环境中减少或过滤偶尔的错误测量值。
智能移动平均值
延迟线(DL)电路是一个广为人知的概念，是一个可以延迟电信号一段时间的逻辑元件。DDR SDRAM (双倍数据率同步动态随机存储器)到DLL(延迟锁相环)，延迟线的应用范围在DL在延迟线模块中，为了生成确定性移相信号，我们需要设置逻辑元件的延迟，并调整延迟设置，以补偿过程、电压和温度(PVT)影响测量值。
图1: 延迟线示例
图 1通过配置词给出由预定数量的延迟单元组成的延迟线电路和反馈通道(Dfb)示例，通过延迟配置，可以在Din引脚输入信号和Dout所需的延迟设置在引脚输出信号之间。每个延迟单元在Din和Dl固定的通道延迟在两个引脚之间产生。
我们可以通过种方式计算符合理想延迟要求的配置词，其中一种方法是计算已知时钟延长一个周期所需的延迟单元的数量。确定延迟单元的延迟并不难。2所示是这种计算方法的原理；ClkIN 已知时钟信号，输出延长一个周期ClkIN该模块的输出信号。(延迟单元的数量)如图所示，用于确定延迟线的配置1所示。
图2: 计算延迟配置字的示例
如有噪音或干扰ClkIN测量精度会受到错误数据的影响。众所周知，错误的设置可能会导致延迟电路的暂时功能障碍。假设在一段时间内，参考周期远小于标称值，输入延长线的新计算值将与以前的值大不相同。1所示的DL随机抖动信号吸收会产生错误信号。
图3例子描述了参考时钟ClkIN当延迟单元数量的计算值与标称值不同时，就会出现大峰对峰抖动脉冲的情况。
图3: ClkIN尖峰信号和错误延迟计算示例
对于这个问题，我们可以使用数字错误补偿电路来智能计算这些数据的移动平均值。查看图片3延迟计算值在示例中，错误数据(delay=15和delay=12)丢弃可以忽略，因为这些计算值远小于平均值，新采样的平均值可以使用delay=30更新上一个平均值。
移动平均原理(图4)是采集N计算的测量值，然后计算这些值的平均值。只有新的数据值和上次的数据值N当实际平均采样差异不大时，新数据将添加缓冲电路(Sx)。
图4: 智能移动平均电路
图 4无限状态机(FSM)这项任务可以准确地管理，检查每个新的校准值，并将其与当时的平均最大值和最小值进行比较。当新值超过设定范围时，新数据将被过滤掉，而不添加到移动平均值中。
显然，该电路是取模运算，但保留了已存储的采样数量(Sx)二次功率是最大限度地降低计算逻辑的最佳设置，可以最大限度地减少加法器元件的数量，节省通用除法器。新输入数据向右移动两位，实施除四操作，零成本。
用于保存采样缓冲器(Sx)的容量是M-2，这里M 代表输入数据总线位宽。该电路由三个具有进位功能的全加器组成，运行结果由有限状态机用于检查新的输入数据。
有限状态机是为电路带来一些智能逻辑电路。5所示是有限状态机的流程图。
图5: 智能移动平均数FSM
在启动时，因为比较点没有平均值可用，所以第一个数据保存在Sx缓冲器内，代表初始瞬态值。当缓冲器写满数据时，开始计算平均值。当时钟频率高时，数据通道可能受到应力，为避免这个问题，可以加进一个小的计数器延迟。图 5所示的AVERAGE代表稳态。这里有限状态机在等待一个新的数据点，该数据点将与下一个状态上的平均值CHECK DATA对比。从硬件角度看，比较任务量不大，而且对滤除错误采样很有效。数据比较过程与我们要测量的数据有关。当数据受到PVT影响时，例如，本文讨论的延迟线，因为主要是温度变化影响数据，所以数值变化比较小。在这种情况下，我们预计新输入数据与前一个平均数和最新四个数据的平均值差别不大。对于这种特殊情况，可以采用下面方式完成数据比较过程：
• 只比较最高有效位
• 如果这部分与平均值相差不太大，新数据将被保存，同时平均值也会相应地更新
• 如果这部分与平均值相差太大，新数据将被丢弃，平均值保持不变。
图6给出一个比较表的示例。新输入数据的可能取值范围分成四部分，只有最高有效位用于数据比较，某些情况还需要检查第三位。当新数据的最高有效位是“00”时，前四个采样平均值的最高有效位在“00”和“01”之间是可以接受的。否则，新输入数据将被丢弃。同样，当输入数据是“01”、“10、”、“11”时，新输入数据将被丢弃。
图6: 数据比较方法
结论
本文讨论一个能够滤除逻辑电路输入数据受到各种干扰的数字电路，例如，滤除本文讨论的延迟线输入信号受到的干扰。这个智能移动平均数电路有助于降低干扰影响，不只是计算平均值，还能滤除可能严重影响移动平均数的错误采样，错误采样滤除规则取决于输入数据的预计变化速率。在本文中我们看到，如果影响数据的因素是温度，我们预计采样变化率很小，在这种情况下，比较逻辑简单，元件数量少。
计数平均数所需的元件数量还取决于错误数据的发生率；如果只是偶发错误，平均数逻辑单元数量就会少些(例如，图4)；如果偶发错误发生率高，则必须提高缓冲器容量，使用8个或16个元件。