專利名稱：用于接收數(shù)據(jù)的方法和電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一方面，本發(fā)明涉及一種接收數(shù)據(jù)的方法。另一方面，本發(fā)明 涉及一種接收數(shù)據(jù)的電路。又一方面，本發(fā)明涉及處理數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。 再一方面，本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
高速串行接口時(shí)鐘解決方案有兩種主要類型源同步和嵌入式 時(shí)鐘。對(duì)于嵌入式時(shí)鐘解決方案，為了以可靠的方式同步接收機(jī)，數(shù) 據(jù)流必須包括充足的時(shí)鐘信息。由于沒(méi)有數(shù)據(jù)時(shí)鐘傳輸路徑的匹配問(wèn) 題，嵌入式時(shí)鐘解決方案可以在較高的速率下運(yùn)行。但是，與源同步 情況下所提供時(shí)鐘的直接數(shù)據(jù)限幅相比，嵌入式時(shí)鐘接收機(jī)需要時(shí)鐘
和數(shù)據(jù)恢復(fù)(CDR)。
嵌入式時(shí)鐘類型的解決方案可再分為以下幾個(gè)類別
1. 一種同步全速或者半速的位時(shí)鐘或者任何其他具有固定且已
知傳輸比例的較低頻率的時(shí)鐘(如，字節(jié)或字時(shí)鐘)被從TX傳 輸?shù)絉X，但是，不保持其與數(shù)據(jù)的相位同步。TX和RX共享 相同的時(shí)鐘頻率(或已知并固定的傳輸比例)，且接收機(jī)僅需 要進(jìn)行相位對(duì)準(zhǔn)(和在傳輸較低頻率固定比例的時(shí)鐘的情況下 進(jìn)行時(shí)鐘倍增)。
2. 接收機(jī)不從發(fā)射端獲取參考時(shí)鐘信號(hào)，但是接收機(jī)鎖定數(shù)據(jù) 流中的嵌入式時(shí)鐘并從其中恢復(fù)那邊的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信息。如果 數(shù)據(jù)流編碼恰當(dāng)，包括充足的時(shí)鐘信息，則這是可行的。對(duì)于 二進(jìn)制傳輸，例如這可通過(guò)8B10B碼實(shí)現(xiàn)。為了避免錯(cuò)誤的鎖 定于(次)諧波上，必須有一些提供的鎖定幫助或者數(shù)據(jù)編碼 必須隱含地提供充足的頻率信息(如，雙相位，曼徹斯特
(Manchester)編碼)。由于編碼效率的原因，在許多情況下優(yōu)選使用鎖定幫助。鎖定幫助例如可以是幫助變得接近數(shù)據(jù)速率
的本地接收機(jī)參考時(shí)鐘，和/或數(shù)據(jù)流中的訓(xùn)練序列。
3.接收機(jī)不從發(fā)射端來(lái)獲得參考時(shí)鐘信號(hào)，但是發(fā)射機(jī)和接收
機(jī)各自具有本地參考時(shí)鐘，已知這些時(shí)鐘的頻率彼此接近(脈
沖相位調(diào)制不同)，但是不完全相等(準(zhǔn)同步時(shí)鐘)。接收機(jī)
時(shí)鐘保持鎖定到本地參考，且通過(guò)過(guò)采樣數(shù)據(jù)流在數(shù)字域中恢
復(fù)數(shù)據(jù)。
如果接收機(jī)時(shí)鐘信號(hào)在數(shù)據(jù)傳輸之前鎖定在本地參考之上，且 隨即在實(shí)際有效載荷數(shù)據(jù)傳輸之前通過(guò)訓(xùn)練序列同步于數(shù)據(jù)流，則本
地參考時(shí)鐘起鎖定幫助的作用，并且包括于選項(xiàng)2.
類型2和3與類型1 (或者源同步解決方案)相比要求更少的連 接，因?yàn)樗鼈儾恍枰獋鬏攩为?dú)的時(shí)鐘信號(hào)。但是，對(duì)于類型2，同步 變得更加復(fù)雜，因?yàn)槌讼辔煌?，接收機(jī)必須在可以進(jìn)行可靠數(shù)據(jù) 接收之前首先鎖定到恰當(dāng)?shù)念l率。通過(guò)使用參考頻率非常接近的知識(shí) 且假設(shè)時(shí)鐘信號(hào)是可利用的，類型3解決方案可以較快地起動(dòng)。但是， 這種類型3通常要求兩端幾乎相等的參考頻率的有效性，這可能是不 重要的，且系統(tǒng)可能需要附加的參考(可能是晶體)振蕩器。類型l 與類型2和3相比，具有較少的吸引力，因?yàn)轭愋蚻意味著更多的連 接且消耗更多的IO功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種更靈活的用于接收數(shù)據(jù)的電路。第一 方面，本發(fā)明提供一種通過(guò)接收機(jī)接收數(shù)據(jù)的方法，該接收機(jī)包括鎖 相環(huán)，由具有所述接收機(jī)未知頻率的信號(hào)來(lái)載送數(shù)據(jù)，該方法包括步 驟以預(yù)定采樣率采樣信號(hào)；估計(jì)檢測(cè)到的信號(hào)的頻率；設(shè)置鎖相環(huán) 的頻率，使其與估計(jì)的頻率匹配；針對(duì)估計(jì)的零相位誤差將鎖相環(huán)相 位設(shè)置為零；使鎖相環(huán)運(yùn)行預(yù)定數(shù)量的循環(huán)；當(dāng)鎖相環(huán)在預(yù)定數(shù)量循 環(huán)后沒(méi)有鎖定到輸入信號(hào)的相位時(shí)，重復(fù)前兩個(gè)步驟，直到鎖定相位。
通過(guò)采樣并分析輸入信號(hào)，可獲得輸入信號(hào)的頻率。通過(guò)直接 將鎖相環(huán)設(shè)置為這個(gè)頻率，可顯著地減小鎖相環(huán)的穩(wěn)定時(shí)間。甚至可以以一定間隔不斷地將鎖相環(huán)的相位誤差設(shè)置為零來(lái)進(jìn)一步減小這 個(gè)穩(wěn)定時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)定采樣率等于期望信號(hào) 具有的最大頻率的至少兩倍。
通過(guò)這種方法，混疊的危險(xiǎn)以及因此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)損失顯著地減小。
根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個(gè)實(shí)施例，其中通過(guò)多重采樣單元執(zhí) 行采樣信號(hào)的步驟，每個(gè)采樣單元具有不同的采樣相位，并且該方法 還包括將多重采樣單元的輸出信號(hào)對(duì)準(zhǔn)的步驟。
通過(guò)這種方法，可以在不增加電路運(yùn)行頻率的情況下，增加采 樣率。
根據(jù)本發(fā)明的方法的再一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)檢測(cè)所得信號(hào)的頻率 進(jìn)行估計(jì)的步驟包括子步驟將采樣值解釋為邏輯1或邏輯0;檢測(cè) 被連續(xù)采樣并解釋的值中的轉(zhuǎn)變；將關(guān)于轉(zhuǎn)變的信息饋送到另一個(gè)鎖 相環(huán)的相位頻率檢測(cè)器；和利用鎖相環(huán)的振蕩器的輸出來(lái)估計(jì)信號(hào)頻
率。


在此將以圖示的方式解釋本發(fā)明的這些及其他方面，其中 圖1示出了電路輸出的特性；
圖2示出了第一異步接收機(jī)結(jié)構(gòu)，作為根據(jù)本發(fā)明電路的實(shí)施
例；
圖3示出了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鎖定PLL，作為實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明電路的電 路控制單元的實(shí)施例的一部分。
圖4示出了為了改進(jìn)數(shù)據(jù)完整性而消除信號(hào)抖動(dòng)的電路；
圖5示出了第二異步接收機(jī)結(jié)構(gòu)，作為根據(jù)本發(fā)明電路的實(shí)施
例；
圖6示出了數(shù)據(jù)完整性改進(jìn)的結(jié)果；
圖7示出了通過(guò)數(shù)字處理完成的基本功能；
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明電路的非常簡(jiǎn)單的一個(gè)實(shí)施例；和圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
異步接收機(jī)在其輸入端以一定的數(shù)據(jù)速率BIN (位/秒)來(lái)査看 數(shù)據(jù)流。為了使每位至少有一個(gè)樣本，接收機(jī)以fS來(lái)對(duì)輸入數(shù)據(jù)采 樣，其中fS>BIN。只有在完全標(biāo)準(zhǔn)部件和理想信號(hào)的情況下，這個(gè) 絕對(duì)最小采樣率需求才是足夠的。實(shí)際上fS^1,然而數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信 號(hào)的邊緣是抖動(dòng)的，而且標(biāo)準(zhǔn)部件不是完美的。過(guò)采樣率越高，接收 機(jī)所能容忍的抖動(dòng)越多。實(shí)際上，對(duì)于過(guò)采樣接收機(jī)，通常使用采樣 率值fS>k BIN,其中k~3。
傳統(tǒng)過(guò)采樣接收機(jī)解決方案采用的k值等于或非常接近整數(shù)值， 而本發(fā)明的接收機(jī)構(gòu)思可在很寬的范圍處理k值。因此，輸入數(shù)據(jù)與 接收機(jī)時(shí)鐘不是必須同步的也不是必須準(zhǔn)同步的，而是接收數(shù)據(jù)可與 本地接收機(jī)時(shí)鐘完全異步。
將數(shù)據(jù)樣本傳送到數(shù)字樣本處理單元，該數(shù)字樣本處理單元從 樣本恢復(fù)原始數(shù)據(jù)位。圖7示出了數(shù)字處理執(zhí)行的基本功能。借助于 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)恢復(fù)PLL從數(shù)據(jù)樣本提取時(shí)鐘周期。這確定了位周期，也 稱為單元間隔(UI)，其以采樣間隔1/fS來(lái)計(jì)數(shù)。因此UI-Q/fS，其 中Q是表示了實(shí)際過(guò)采樣率的實(shí)數(shù)或分?jǐn)?shù)(由于在實(shí)際實(shí)施中需要 截短舍位，實(shí)際上可能是分?jǐn)?shù)的)。
從恢復(fù)位開始，用UI值，可預(yù)測(cè)下一位的中心及邊緣位置，且 可將預(yù)測(cè)所得邊緣位置與邊緣的實(shí)際發(fā)生相比較，這為PLL環(huán)路提 供控制信息。這在圖3中說(shuō)明。數(shù)據(jù)流中不存在的邊緣被忽略，且沒(méi) 有相位和頻率控制的影響。為了避免如符號(hào)間干擾(ISI)和抖動(dòng)之 類的短期邊緣偏移效應(yīng)的強(qiáng)烈影響，相位誤差被濾除。跟蹤如慢頻率 變化的長(zhǎng)期結(jié)果。
這意味著，如果頻率變化足夠慢從而可通過(guò)數(shù)字恢復(fù)環(huán)路跟蹤， 那么在可靠傳輸之前，通過(guò)單獨(dú)(模擬)時(shí)鐘產(chǎn)生PLL來(lái)提供的采 樣時(shí)鐘頻率不是必須完全穩(wěn)定。
系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，接收機(jī)端不知道發(fā)射機(jī)的位速率。接收機(jī)的時(shí)鐘
8頻率也未知。這意味著每位的樣本數(shù)未知，且可能在很寬的范圍變化。 為了可靠地檢測(cè)發(fā)射位的長(zhǎng)度，其中長(zhǎng)度以樣本Q的分?jǐn)?shù)(位
周期時(shí)間-Q-TSAMPLE)表示，需要一些額外信息來(lái)消除錯(cuò)誤鎖定 的可能。例如，如果以數(shù)據(jù)位開始傳輸，并且位周期未知，PLL可鎖 定如序列010101，但鎖定序列00110011也是可以的。在第二種情況 中，檢測(cè)所得頻率將僅為實(shí)際頻率的一半。
很明顯，不可能在沒(méi)有額外限制的情況下獲得對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)的瞬 時(shí)頻率鎖定。這個(gè)額外信息可能是(近似)位周期或是關(guān)于初始發(fā)射 的數(shù)據(jù)序列的知悉。
如果位周期的合理準(zhǔn)確的估計(jì)已經(jīng)是可利用的，則可直接將其 加載到數(shù)字PLL。如果這個(gè)估計(jì)不是可用的，則可通過(guò)數(shù)據(jù)流中(短 的)初始化序列來(lái)獲得。通過(guò)設(shè)置位周期估計(jì)而進(jìn)行的初始化之后， 在發(fā)射有效載荷數(shù)據(jù)之前，必須由一些訓(xùn)練序列來(lái)訓(xùn)練恢復(fù)單元。因 此，為了增強(qiáng)啟動(dòng)行為，在訓(xùn)練鏈接之前使用(短的)初始化并且所 有的都在實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸之前是有利的。
具有確定邊緣和已知邊緣位置的任何已知的初始化序列可用于 初始頻率和相位估計(jì)。例如觸發(fā)序列可通過(guò)在預(yù)定數(shù)目的位中對(duì)采樣 間隔計(jì)數(shù)并確定QESTIMATE=#samples/#bits，從而很容易地提供"UI
估計(jì)"。
在初始化期間對(duì)位周期進(jìn)行估計(jì)之后，必須訓(xùn)練數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)恢復(fù) 來(lái)鎖定數(shù)據(jù)。
盡管估計(jì)周期和相位訓(xùn)練周期可潛在地由不同位模式組成，但 是在大多數(shù)實(shí)際情況下如果選擇一種合適的模式，這不是必須的或需 要的。
例如，傳輸以觸發(fā)初始化序列0101010……01開始，且以表示 初始序列結(jié)束的特定代碼結(jié)束。為此可使用線性編碼的某個(gè)異常碼。 初始化序列(位周期估計(jì)和數(shù)據(jù)恢復(fù)訓(xùn)練)之后，可傳輸實(shí)際用戶數(shù) 據(jù)。由于過(guò)采樣，由接收機(jī)采樣的初始化序列將看起來(lái)像例如 00001111000111110000……00001111 。通過(guò)測(cè)量樣本數(shù)并將該數(shù)除以 接收到的位數(shù)，可得到估計(jì)的每位的平均樣本數(shù)(QESTIMATE)。在觸發(fā)序列情況下，可通過(guò)對(duì)測(cè)量間隔中的轉(zhuǎn)變數(shù)(弁edge)進(jìn)行計(jì) 數(shù)來(lái)確定接收到的位數(shù)樸its。
為了獲得高精確的平均位長(zhǎng)，需要接收到的位數(shù)很大，這與快 速鎖定的目的是相反的。因此，不會(huì)以高精確度來(lái)確定平均位周期， 而僅用很少的位數(shù)來(lái)確定近似的平均周期。使PLL周期寄存器加載 近似的平均周期。
另一種方法是，可通過(guò)卡爾曼(Kalman)濾波器獲得平均位周 期來(lái)代替使用將接收到的樣本數(shù)除以接收到的位數(shù)的過(guò)程。
在已經(jīng)確定平均估計(jì)位周期之后開始相位鎖定過(guò)程。第一步是 設(shè)置數(shù)字PIX的相位，以使得存在零相位誤差。因?yàn)镻LL鎖定的信 號(hào)是可利用的，所以這是可行的，且因此知道精確的轉(zhuǎn)變位置。如果 估計(jì)的位周期是100%正確的，則平均相位誤差將保持為零(由于位 周期是非整數(shù)，而用于確定相位誤差的轉(zhuǎn)變是在基于整數(shù)的網(wǎng)格上， 因此瞬時(shí)相位誤差將偏離零)。另一方面，如果估計(jì)周期太小，相位 誤差將開始增長(zhǎng)。PLL通過(guò)增加周期來(lái)反抗。如果相位誤差的增量不 是太大，PLL可足夠快地調(diào)整周期并最后得到零(平均)相位誤差和 零頻率誤差狀態(tài)。另一方面，如果估計(jì)周期大幅度下降，則相位誤差 將非?？斓卦鲩L(zhǎng)，且PLL將不能通過(guò)增加周期來(lái)足夠快地補(bǔ)償。在 某一時(shí)刻，相位誤差將變?yōu)?80度，這將導(dǎo)致PLL跳過(guò)一個(gè)循環(huán)。 此時(shí)PLL將看起來(lái)似乎具有非常大的估計(jì)周期。因此導(dǎo)致的結(jié)果是 并非增加周期而是減小周期。最后，PLL將獲得鎖定，但是這可能花 費(fèi)數(shù)百或者甚至數(shù)千個(gè)循環(huán)，就像用通常的模擬PLL。為了避免這種 長(zhǎng)的啟動(dòng)序列并幫助PLL獲得鎖定，可每N個(gè)循環(huán)就校正PLL相位， 來(lái)提供零相位誤差。這將阻止PLL總是獲得180度誤差，即使估計(jì) 周期是不正確的。因此過(guò)程如下
1. 獲得對(duì)周期的估計(jì)
2. 針對(duì)零相位誤差設(shè)置PLL相位
3. 無(wú)干擾地使PLL運(yùn)行N個(gè)循環(huán)
4. 返回到第二步，直到獲得相位/頻率鎖定 一旦獲得相位鎖定，可進(jìn)行可靠數(shù)據(jù)接收，且例如通過(guò)線性編
10碼的異常字的方式可對(duì)初始化和訓(xùn)練的結(jié)束進(jìn)行通信。這種編碼檢測(cè) 之后，接收正常數(shù)據(jù)且PLL將保持用這些數(shù)據(jù)鎖定。
圖1說(shuō)明了相位/頻率鎖定過(guò)程。這里，在時(shí)間t上描述相位誤
差PE和周期PER。在時(shí)間A，已確定了位周期的估計(jì)且提供給PLL。 同時(shí)，針對(duì)零相位誤差設(shè)置相位?？梢钥闯?，此時(shí)相位誤差增量較小， 但是由于PLL還未鎖定，相位誤差繼續(xù)增長(zhǎng)。在時(shí)間B，再次設(shè)置 相位導(dǎo)致零相位誤差。同時(shí)，PLL保持對(duì)周期估計(jì)進(jìn)行更新，導(dǎo)致相 位誤差較小的增量。在時(shí)間C，以及時(shí)間D，再次針對(duì)零相位誤差設(shè) 置相位。此時(shí)PLL頻率非常接近輸入信號(hào)的頻率，且PLL處于鎖定。
根據(jù)信號(hào)質(zhì)量和所得最小需求的過(guò)采樣率QMIN，這種接收機(jī) 可以以任何速率BIN-fS/QMIN接收數(shù)據(jù)。實(shí)際上，由于硬件的原因， 支持Q值的巨大范圍是不切合實(shí)際的。但是，因?yàn)榭稍跀?shù)字恢復(fù)之 前通過(guò)丟棄樣本(子采樣)來(lái)實(shí)現(xiàn)所有較慢的速率，因此支持超出位 速率倍頻的Q范圍的接收機(jī)實(shí)現(xiàn)是足夠的。
可使用OSR信息來(lái)控制時(shí)鐘產(chǎn)生頻率，使其接近平均數(shù)據(jù)速率 的簡(jiǎn)單分?jǐn)?shù)倍數(shù)的整數(shù)。這允許在初始啟動(dòng)周期及相位和頻率穩(wěn)定之 后，減小數(shù)據(jù)恢復(fù)邏輯的操作數(shù)量。
但是，異步接收機(jī)構(gòu)思允許在兩端保持獨(dú)立的時(shí)鐘系統(tǒng)。因此， 在雙重單工鏈路配置的情況下，很可能使用僅一個(gè)PLL (或DLL) 來(lái)用于每端的TX和RX的頻率倍增。因此，很多情況下，不需要控 制時(shí)鐘頻率，但是要在兩端保持頻率獨(dú)立。
本發(fā)明接收機(jī)解決方案的時(shí)鐘的大的絕對(duì)頻率容限允許使用比 傳統(tǒng)基于石英的參照更低質(zhì)量的參考時(shí)鐘，只要頻率和相位改變的足 夠慢。這些較慢質(zhì)量的時(shí)鐘參考可能包括陶瓷諧振器設(shè)備、LC-諧振 腔、MEM設(shè)備、或甚至是跨導(dǎo)電容-C、 RC或低質(zhì)量因子的松弛類 型振蕩器。
最重要的是，允許使用系統(tǒng)中因其他應(yīng)用原因已經(jīng)可利用的時(shí) 鐘。例如，這將減少(附加的)參考時(shí)鐘電路和設(shè)備的需求量，并且 此外可減少程序包內(nèi)時(shí)鐘域的量。
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)恢復(fù)塊是本發(fā)明接收機(jī)構(gòu)思的核心功能。這部分提供實(shí)施例的更詳細(xì)的描述。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一異步接收機(jī)結(jié)構(gòu)。尤其是， 描述接收機(jī)前端的異步接收機(jī)結(jié)構(gòu)。串行數(shù)據(jù)輸入210輸入到可選前
置放大器220和突發(fā)(burst)檢測(cè)單元250?？蛇x前置放大器220的 輸出被轉(zhuǎn)送到采樣器230和相位對(duì)準(zhǔn)單元240。相位對(duì)準(zhǔn)單元240的 輸出輸入到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理單元280。這些數(shù)據(jù)與過(guò)采樣數(shù)據(jù)281相對(duì) 應(yīng)。突發(fā)檢測(cè)單元250的輸出作為啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)送到多相位PLL和數(shù) 字?jǐn)?shù)據(jù)處理單元280。多相位PLL 260從本地時(shí)鐘270接收參考時(shí)鐘 Ref-clk。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理單元280輸出恢復(fù)數(shù)據(jù)260和恢復(fù)并行數(shù)據(jù)輸 出211。
圖3說(shuō)明數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鎖定PLL的結(jié)構(gòu)。為了闡明的原因，省略了 啟動(dòng)快速鎖定的塊。PLL塊的輸入310由許多采樣位(16)組成。并 行的數(shù)量是實(shí)現(xiàn)的選擇且對(duì)構(gòu)思是非根本的。
處理這些樣本來(lái)確定是否有任何轉(zhuǎn)變(邊緣檢測(cè)塊320)。然后 確定這些轉(zhuǎn)變的位置并表示為數(shù)字(指示塊330的邊緣)。每位可有 0或1個(gè)轉(zhuǎn)變，但是在結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)期間，過(guò)采樣率Q是未知的；因此必 須逐字確定采樣字中的實(shí)際位數(shù)。根據(jù)過(guò)采樣量和所采樣的實(shí)際數(shù) 據(jù)，在一個(gè)采樣字中可有O、 1、 2……個(gè)邊緣數(shù)。并行相位頻率檢測(cè) 器(PFD) 340使用所有邊緣位置來(lái)確定相位誤差341。相位誤差值 的數(shù)量也可因此在每采樣窗發(fā)生變化。
使許多計(jì)算所得相位誤差的組合通過(guò)環(huán)路濾波器350。環(huán)路濾波 器350驅(qū)動(dòng)DCDO (數(shù)字化控制的數(shù)字振蕩器)塊360。 DCDO塊 360產(chǎn)生關(guān)于可在下一采樣窗中的哪個(gè)位置預(yù)期位轉(zhuǎn)變(邊緣)362 的預(yù)告361。
通過(guò)采用在實(shí)際邊緣位置(整數(shù)值)和預(yù)測(cè)邊緣位置(固定點(diǎn) 值)之間的差來(lái)計(jì)算相位誤差341。因?yàn)閷?shí)際邊緣數(shù)可變，因此需要 給實(shí)際位置分配正確的預(yù)測(cè)邊緣位置。在實(shí)施例中，這是通過(guò)用每個(gè) 實(shí)際邊緣為每個(gè)預(yù)測(cè)邊緣計(jì)算誤差來(lái)實(shí)現(xiàn)的。將預(yù)測(cè)邊緣與引起最小 誤差的實(shí)際采樣邊緣的組合選擇作為一對(duì)，該組合引起輸出相位誤 差。如圖3所示，完整的一組計(jì)算的相位誤差可用作PLL的輸出。
該組相位誤差可與所預(yù)測(cè)的樣本位置相結(jié)合，來(lái)獲得過(guò)采樣數(shù)據(jù)位的
中心點(diǎn)的更準(zhǔn)確估計(jì)。通常，PLL輸出將直接用于對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)采樣。 這種傳統(tǒng)方法具有這樣的缺點(diǎn)，即PLL的抖動(dòng)無(wú)抑制地影響采樣位 置。此外，由于PLL通常具有相位滯后濾波器特性，改變頻率可產(chǎn) 生很大附加的相位誤差。
通過(guò)對(duì)相位誤差信號(hào)進(jìn)行濾波并使用其結(jié)果來(lái)校正先前計(jì)算所 得的樣本指數(shù)，可計(jì)算去抖動(dòng)樣本指數(shù)。例如，如果應(yīng)用線性相位濾 波器，并且計(jì)算所得的樣本指數(shù)被延遲濾波器長(zhǎng)度的一半，則得到判 定時(shí)刻周圍的平均，包括過(guò)去、當(dāng)前、和未來(lái)事件(由于延遲和存儲(chǔ) 的原因，后者是可行的)。有限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器代替線性相 位濾波器是另一種可能。另一個(gè)選擇是使用時(shí)變?yōu)V波器，其作為如所 提供的過(guò)采樣數(shù)據(jù)或另一種控制信號(hào)的函數(shù)而變化。 _
圖4示出了將樣本指數(shù)去抖動(dòng)所需的塊。將相位誤差410輸入 到(2N+1)階FIR濾波器420。移位樣本位置430輸入到時(shí)延N循 環(huán)單元440。在減法單元450中，從時(shí)延單元440的輸出中減去FIR 濾波器單元420的輸出。減法單元450的輸出與去抖動(dòng)后的樣本位置 451相對(duì)應(yīng)，其輸入到樣本量化單元460。量化單元的輸出與選擇信 號(hào)461相對(duì)應(yīng)。模擬PLL頻率與有限數(shù)字PLL帶寬一起變化可造成 相位(滯后)區(qū)域，該相位(滯后)區(qū)域可與額外"抖動(dòng)"相對(duì)應(yīng)。 通過(guò)測(cè)量實(shí)際相位誤差，平均過(guò)去、當(dāng)前、未來(lái)相位誤差(臨時(shí)采樣 存儲(chǔ))，通過(guò)應(yīng)用線性相位誤差濾波(恒量群延遲)并通過(guò)校正當(dāng)前 樣本指數(shù)，可以消除這個(gè)附加的抖動(dòng)。圖6說(shuō)明了去抖動(dòng)前后估計(jì)的 中心位置的改進(jìn)。通過(guò)對(duì)采樣位置的這種改進(jìn)的估計(jì)，可容忍來(lái)自 PLL的更多抖動(dòng)。這轉(zhuǎn)而可導(dǎo)致如較便宜的數(shù)字實(shí)現(xiàn)，或?qū)Σ蓸訒r(shí)鐘 更寬松的限制?；蛘吡硪环N選擇，通過(guò)改變發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的時(shí)鐘頻 率，可增加數(shù)字PLL的帶寬，來(lái)改進(jìn)過(guò)采樣率中改變的跟蹤性能。 增加的帶寬也將減小啟動(dòng)(鎖定)時(shí)間。
圖5示出了PLL、去抖動(dòng)塊、時(shí)延、和數(shù)據(jù)采樣塊的組合。圖5 中描述了異步接收機(jī)結(jié)構(gòu)。將本地參考時(shí)鐘501輸入到接收機(jī)的第一
13部分510。模擬輸入502也被輸入到第一部分510。具體地說(shuō)，將本 地參考時(shí)鐘510以10Gs/s輸入到8相位PLL單元511。模擬輸入502 被輸入到8X1位的采樣器512。 8X1位的采樣器512還接收PLL單 元511的輸出。PLL單元511在1.25GHz的輸出被轉(zhuǎn)送到用于在 625MHz增加8+8位的單元521。單元521的輸出被轉(zhuǎn)送到時(shí)延單元 523和數(shù)據(jù)鎖定PLL 522。數(shù)據(jù)鎖定PLL 522還接收625MHz的輸入， 該輸入與在除法單元513中被2除的PLL單元511的輸出相對(duì)應(yīng)。 數(shù)據(jù)鎖定PLL 522的輸出對(duì)應(yīng)于初始樣本指數(shù)522a和相位誤差 522b。將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到去抖動(dòng)單元524,去抖動(dòng)單元524輸出去抖 動(dòng)的樣本指數(shù)，并將該指數(shù)轉(zhuǎn)送到數(shù)據(jù)位選擇單元525，數(shù)據(jù)位選擇 單元525也接收時(shí)延單元523的輸出并輸出位530。 另外的發(fā)明實(shí)施例
用于數(shù)據(jù)恢復(fù)的具有過(guò)采樣前端和高級(jí)數(shù)字樣本處理的接收 機(jī)構(gòu)思。本發(fā)明構(gòu)思與通常系統(tǒng)一樣，在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間不需要 幾乎相等(準(zhǔn)同步的)的時(shí)鐘，而時(shí)鐘可完全異步。
以比由采樣間隔設(shè)置的時(shí)間格更高的精確度來(lái)跟蹤數(shù)據(jù)流中 位之間邊緣的時(shí)間位置(從而還有位的中心)。這通過(guò)數(shù)字PLL實(shí) 現(xiàn)，數(shù)字PLL跟蹤平均過(guò)采樣率Q。只需要將用于確定所恢復(fù)數(shù)據(jù) 位值的關(guān)于最可靠樣本的結(jié)果量化為最恰當(dāng)?shù)恼麛?shù)樣本時(shí)刻。
將所接收的邊緣信息量化為采樣網(wǎng)格，但是由于數(shù)據(jù)流和時(shí) 鐘中的確定性的和任意抖動(dòng)，實(shí)際的采樣時(shí)刻延伸到采樣窗。這種類 抖動(dòng)行為提供超前相位信息，與低通相位濾波器一起提供相位趨勢(shì)的 提前指示。
本發(fā)明的接收機(jī)構(gòu)思可鎖定并跟蹤(緩慢地)變化的數(shù)據(jù)速 率和/或調(diào)節(jié)接收機(jī)采樣時(shí)鐘的(緩慢)頻率變化。因此，這種接收 機(jī)構(gòu)思可快速同步于嵌入式時(shí)鐘數(shù)據(jù)流，因?yàn)?模擬)采樣時(shí)鐘的產(chǎn) 生不需要完全地穩(wěn)定。
用于估計(jì)過(guò)采樣率(UIESTIMATE=QESTIMATE/fS~l/BIN) 的初始化序列對(duì)于快速鎖定是有利的。這可通過(guò)已知邊緣密度的初始 化序列容易地實(shí)現(xiàn)；QESTIMATE=#samples/#bits。例如在觸發(fā)初始化序列QESTIMATE-弁samples/弁edges的情況下。這樣的QESTIMATE 也可用于在Q值太高的情況下對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理之前的子采樣(丟棄 樣本)進(jìn)行確定。
一種用于估計(jì)位周期作為采樣周期的分?jǐn)?shù)的初始化周期。估 計(jì)后的訓(xùn)練周期已完成對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)恢復(fù)塊的訓(xùn)練。
一種帶'振蕩器，的數(shù)字PLL，'振蕩器，預(yù)測(cè)即將發(fā)生的 邊緣位置并將其與實(shí)際采樣邊緣位置比較以控制環(huán)路。
一種PLL，輸出被其他改進(jìn)的相位跟蹤功能使用的相位誤差
"f曰息。
一種為了避免循環(huán)跳躍來(lái)借助復(fù)位相位誤差而實(shí)現(xiàn)的快速訓(xùn) 練機(jī)制。
一種去抖動(dòng)相位校正機(jī)制，通過(guò)濾除PLL中檢測(cè)的相位誤差 并在選擇用于進(jìn)一步位電平?jīng)Q定算法的最恰當(dāng)采樣之前校正從PLL 環(huán)路預(yù)測(cè)的采樣位置。
PLL是鎖相環(huán)。
通過(guò)(潛在的多相位)PLL的方式，如slide20en23所示，發(fā) 射機(jī)和接收機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生和/或倍增也可使用DLL (時(shí)延鎖定環(huán))實(shí) 現(xiàn)。如果時(shí)鐘沒(méi)有完全相位同步，PLL具有平滑相位行為的優(yōu)點(diǎn)。
多相位PLL是其中(多相位)振蕩器并行產(chǎn)生多個(gè)相位的時(shí) 鐘信號(hào)的PLL，如8相位1.25GHz的意思是所有的8個(gè)時(shí)鐘為 1.25GHz時(shí)鐘的360/80=45度相位偏移的版本。實(shí)際上，概念上可用 一個(gè)8".25GHz-10GHz采樣時(shí)鐘，但是這需要更大的電路速度。因 此，多相位是一種在電路速度需求不明顯增加的情況下增加采樣速率 的好技術(shù)。多相位對(duì)這個(gè)ID不是必不可少的。但是如果采樣速率關(guān) 于電路速度變得非常高，則這種技術(shù)易于執(zhí)行。
多相位用于并行以及減小的電路速度的需求。多相位時(shí)鐘需要 多重采樣器。多相位采樣結(jié)果不是對(duì)準(zhǔn)到一個(gè)時(shí)鐘的相位，而是它們 中的每個(gè)都對(duì)準(zhǔn)到一個(gè)(子)相位。因此需要一個(gè)與時(shí)鐘的對(duì)準(zhǔn)到。
這在圖2的相位對(duì)準(zhǔn)塊中完成。
圖7示出了一種通過(guò)數(shù)字處理完成的基本功能。這里，描述數(shù)字需求。模擬輸入數(shù)據(jù)位流701輸入到模擬PLL和采樣器塊710。將 模擬PLL和采樣器單元710的輸出轉(zhuǎn)送到數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)塊720。數(shù)字 時(shí)鐘恢復(fù)塊720的輸出被轉(zhuǎn)送到數(shù)字相位跟蹤塊730且將其輸出轉(zhuǎn)送 到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)選擇塊740，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)選擇塊740輸出數(shù)字輸出恢復(fù)位 702。因此，完成了多于3xOSR。此外，完成快速頻率鎖定、快速相 位跟蹤。盡管需要快速硬件，仍可實(shí)現(xiàn)算法的簡(jiǎn)單完成。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明電路的方框圖。這里，描述了異步接收 機(jī)結(jié)構(gòu)。本地參考時(shí)鐘801輸入到1相位PLL單元810，且模擬輸入 802輸入到8X1位的采樣器812。PLL單元811的輸出被轉(zhuǎn)送到單元 821，且在除法器單元813中被除。除法器單元813的輸出被轉(zhuǎn)送到 數(shù)據(jù)鎖定PLL單元822和數(shù)據(jù)位選擇單元825。單元821將其輸出轉(zhuǎn) 送到時(shí)延單元823和數(shù)據(jù)鎖定PLL 822，數(shù)據(jù)鎖定PLL 822向數(shù)據(jù)位 選擇單元825輸出采樣指數(shù)。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的實(shí)施例。這里，系統(tǒng)可包括發(fā)射 機(jī)TX910和接收機(jī)RX920。發(fā)射機(jī)TX910包括PISO單元911、 PLL 單元912、和對(duì)PLL單元912的輸出與PISO單元911的輸出進(jìn)行接 收的驅(qū)動(dòng)器單元913。接收機(jī)RX920包括放大器和釆樣單元921、PLL 單元922和時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)單元923。對(duì)應(yīng)用了本發(fā)明實(shí)施例(電路或 方法)的電路的利用允許了發(fā)射機(jī)端的自由度
*直到TX PLL頻率絕對(duì)穩(wěn)定才等待，但是使改變足夠慢，以 使RX可對(duì)其跟蹤。
*不讓模擬RX PLL非常慢地搜索頻率，而使用用于初始化的 快速頻率搜索機(jī)制，或者甚至更好的是預(yù)置模擬PLL調(diào)整電壓， 如果連續(xù)的突發(fā)是類似的速率，則啟動(dòng)非?？烨覝?zhǔn)確；甚至粗略估計(jì) 也可明顯改進(jìn)鎖定時(shí)間。
*不等待模擬RX PLL的準(zhǔn)確相位穩(wěn)定，而使相位穩(wěn)定足夠慢 以使數(shù)字PLL可對(duì)其跟蹤。
*不讓數(shù)字PLL以任意數(shù)據(jù)啟動(dòng)，而通過(guò)訓(xùn)練序列的方式使其 起步。
*數(shù)字PLL跟蹤瞬間相關(guān)頻率，且通過(guò)比較預(yù)測(cè)相位和實(shí)際樣本來(lái)控制相位。
詞語(yǔ)如"包括"、"包含"、"合并"、"含有"、"是"和 "有"在解釋說(shuō)明書及其相關(guān)權(quán)利要求時(shí)被解釋為不排除方式，即解 釋為允許其他未明確定義的項(xiàng)或單元存在。對(duì)單數(shù)的引用也可被解釋 為對(duì)復(fù)數(shù)的引用，且反之亦然。當(dāng)提到數(shù)據(jù)為視聽數(shù)據(jù)，在實(shí)施體描 述中，除非專門地指出，否則可以表示僅音頻、僅視頻或僅靜止圖片 或它們的結(jié)合。在以上的描述中，當(dāng)提到諸如層、區(qū)域或基層之類的 組件在另一組件"上"或"之上"時(shí)，該組件或者直接在另一組件之 上，或者也存在中間組件。
此外，該發(fā)明也可以由少于這里描述的實(shí)施例中提供的部件實(shí) 現(xiàn)，其中一個(gè)部件實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能。本發(fā)明也可以使用比圖5描述多的 單元實(shí)現(xiàn)，其中將所提供實(shí)施例中一個(gè)部件執(zhí)行的功能分到多個(gè)部件 上。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易地領(lǐng)會(huì)到，可以修改描述中公開的各 種參數(shù)，并且公開和/或要求的不同實(shí)施例可在不脫離本發(fā)明的范圍 的情況下組合。
規(guī)定，權(quán)利要求中的參考符號(hào)不限制權(quán)利要求的范圍，而其插 入僅僅是用來(lái)增強(qiáng)權(quán)利要求的易讀性。 總之，本發(fā)明涉及如下
本發(fā)明涉及一種用于接收在接收機(jī)端頻率基本未知的信號(hào)的電 路和方法。通過(guò)采樣數(shù)據(jù)和獲得信號(hào)的頻率(或?qū)嶋H上由信號(hào)載送 數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率)并在接收機(jī)中將鎖相環(huán)設(shè)置為獲得-估計(jì)電路，接 收機(jī)可以非常快地調(diào)入到信號(hào)頻率。因此，信號(hào)不需要嵌入或伴隨時(shí) 鐘。而接收機(jī)前端進(jìn)行的信號(hào)的過(guò)采樣是優(yōu)選的。
需要注意，以上涉及到的實(shí)施例說(shuō)明不限制本發(fā)明，而且本領(lǐng) 域技術(shù)人員將能在不脫離附加權(quán)利要求范圍的情況下，設(shè)計(jì)許多替代 實(shí)施例。在權(quán)利要求中，圓括號(hào)中的任何參考符號(hào)不解釋為限制權(quán)利 要求。詞語(yǔ)"包括"不排除權(quán)利要求列表中不存在的單元或步驟。在 單元之前的詞語(yǔ)"一"或"一個(gè)"不排除這些單元的復(fù)數(shù)的存在。在 設(shè)備權(quán)利要求列舉的一些方法中，這些方法中的幾個(gè)可在同一硬件中
17實(shí)現(xiàn)。相互不同且相關(guān)的權(quán)利要求中列舉出某些設(shè)備不表示這些設(shè)備 組合的使用不是有利的。
此外，權(quán)利要求中的任何參考符號(hào)不作為對(duì)權(quán)利要求范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)接收機(jī)接收數(shù)據(jù)的方法，該接收機(jī)包括鎖相環(huán)(260，522，822)，所述數(shù)據(jù)是由具有所述接收機(jī)未知頻率的信號(hào)載送的，所述方法包括步驟a)以預(yù)定采樣率對(duì)信號(hào)采樣b)對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)的頻率進(jìn)行估計(jì)c)設(shè)置鎖相環(huán)頻率，使其與所估計(jì)的頻率匹配d)針對(duì)估計(jì)的零相位誤差來(lái)將鎖相環(huán)的相位設(shè)置為零e)使鎖相環(huán)運(yùn)行預(yù)定數(shù)量的循環(huán)f)當(dāng)鎖相環(huán)在預(yù)定數(shù)量的循環(huán)后沒(méi)有鎖定于輸入信號(hào)的相位時(shí)，重復(fù)之前兩個(gè)步驟直到鎖定相位。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中預(yù)定采樣率至少等于期望信 號(hào)所具有的最大頻率的兩倍。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中預(yù)定采樣率至少等于期望信 號(hào)所具有的最大頻率的三倍。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述信號(hào)或另外的信號(hào)包括 使對(duì)信號(hào)頻率的估計(jì)變得更容易的預(yù)定序列。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中預(yù)定序列是交替的二進(jìn)制值 的序列。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中對(duì)信號(hào)采樣的步驟由多重采 樣單元執(zhí)行，每個(gè)采樣單元在不同采樣相位上運(yùn)行，并且該方法還包 括將多重采樣單元的輸出信號(hào)對(duì)準(zhǔn)到一個(gè)單獨(dú)時(shí)鐘信號(hào)的步驟。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率等于信號(hào)頻率。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)的頻率進(jìn)行估計(jì) 的步驟包括子步驟a) 將采樣值解釋為邏輯1或邏輯0;b) 檢測(cè)被連續(xù)采樣并被解釋的值中的轉(zhuǎn)變；C)將有關(guān)轉(zhuǎn)變的信息饋送到另一鎖相環(huán)的相位頻率檢測(cè)器；和d)利用鎖相環(huán)振蕩器的輸出來(lái)估計(jì)信號(hào)頻率。
9. 一種用于接收由具有所述接收機(jī)未知頻率的信號(hào)所載送的數(shù)據(jù)的電路，所述接收機(jī)包括a) 至少一個(gè)用于以預(yù)定采樣率對(duì)信號(hào)采樣的釆樣單元(230，512， 812);b) 有效地耦接于采樣單元(230， 512， 812)的鎖相環(huán)(260，511, 811);c) 有效地耦接于采樣單元(230， 512， 812)的輸出并有效地耦 接于鎖相環(huán)(511， 811)的控制單元(280， 522， 822)，控制單元(280， 522， 822)構(gòu)思為 i )估計(jì)信號(hào)頻率ii) 設(shè)置鎖相環(huán)頻率，使其與所估計(jì)的頻率匹配iii) 將鎖相環(huán)相位設(shè)置為零相位誤差iv) 使鎖相環(huán)運(yùn)行預(yù)定數(shù)量的循環(huán)v) 當(dāng)鎖相環(huán)在預(yù)定數(shù)量循環(huán)后沒(méi)有鎖定于輸入信號(hào)的相位時(shí)， 重復(fù)之前兩個(gè)操作直到鎖定相位。
10. 如權(quán)利要求9所述的電路，其中控制單元(280, 521, 821) 構(gòu)思為用于估計(jì)信號(hào)頻率，該控制單元包括a) 用于檢測(cè)采樣信號(hào)中的轉(zhuǎn)變的單元(320， 710)，其中采樣信 號(hào)的輸入有效地耦接于釆樣單元；b) 另一鎖相環(huán)(340， 710)，其中，相位頻率檢測(cè)器的輸入有效地耦接于用于檢測(cè)轉(zhuǎn)變的單元的輸出，另一鎖相環(huán)包括振蕩器，在 運(yùn)行期間可由該振蕩器的輸出信號(hào)獲得估計(jì)的信號(hào)的頻率。
11. 如權(quán)利要求9所述的電路，包括a) 由一個(gè)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的n個(gè)多重采樣單元(230)，其中到達(dá)采樣 單元(230)的每個(gè)時(shí)鐘信號(hào)都具有不同的相位；b) 對(duì)準(zhǔn)單元(240)，用于將多重采樣單元(230)的輸出信號(hào) 與一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)對(duì)準(zhǔn)，對(duì)準(zhǔn)單元(240)的輸出有效地耦接于控制單 元(280)。
12. 如權(quán)利要求11所述的電路，其中到達(dá)采樣單元的時(shí)鐘信號(hào) 之間的相位差對(duì)于每個(gè)連續(xù)采樣單元(230)來(lái)說(shuō)是2;t/n。
13. —種用于處理數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，包括a) 傳輸數(shù)據(jù)的電路(910);b) 交換數(shù)據(jù)的通信信道；c) 如權(quán)利要求9所述的接收數(shù)據(jù)的電路(920);d) 和處理所接收數(shù)據(jù)的電路。
14. 一種設(shè)備，其包括如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)。
15. —種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括計(jì)算機(jī)可讀和計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代 碼，該代媽使計(jì)算機(jī)程控執(zhí)行如權(quán)利要求1所述的方法。
16. —種記錄載體，其上存儲(chǔ)了如權(quán)利要求15所述的計(jì)算機(jī)程 序產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電路和方法，用于接收在接收機(jī)端頻率基本未知的信號(hào)。通過(guò)采樣數(shù)據(jù)和獲得信號(hào)頻率(或?qū)嶋H上通過(guò)信號(hào)載送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)速率)，并在接收器中將鎖相環(huán)設(shè)置為獲得-估計(jì)電路，接收器可快速地調(diào)成信號(hào)的頻率。因此，信號(hào)不需要嵌入或伴隨時(shí)鐘。然而優(yōu)選的是通過(guò)接收器前端進(jìn)行的信號(hào)的過(guò)采樣。
文檔編號(hào)H04L7/033GK101542959SQ200780044133
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2007年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月29日
發(fā)明者埃爾文·揚(yáng)森, 赫里特·貝斯滕 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司