專利名稱：一種時鐘恢復(fù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種時鐘恢復(fù)電路及其實(shí)現(xiàn)方法，是一種無需外部參考時鐘即可恢復(fù)嵌入在數(shù)據(jù)流中時鐘信號的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在無晶體振蕩器的條件下輸出高頻率精度的時鐘并保持時鐘頻率，用于USB、光纖通信、射頻識別等領(lǐng)域時鐘的恢復(fù)。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，時鐘恢復(fù)電路(CRC)的應(yīng)用越來越廣泛。在很多通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸時并沒有附加的時鐘參考，而外接晶振一方面會提高成本，一方面在時鐘頻率較高的條件下無法達(dá)到所需的時鐘頻率，時鐘恢復(fù)電路在其中的作用就是恢復(fù)出嵌入在數(shù)據(jù)流中的時鐘信號，再利用該時鐘消除數(shù)據(jù)的抖動和恢復(fù)數(shù)據(jù)。
常用的時鐘恢復(fù)電路(CRC)的結(jié)構(gòu)基于鎖相環(huán)原理實(shí)現(xiàn)，用于有數(shù)據(jù)輸入時提取時鐘，卻無法在無數(shù)據(jù)輸入的情況下保持時鐘的頻率，因此只能用在接收器中，而不能用在發(fā)送器中。本發(fā)明提出的一種時鐘恢復(fù)電路結(jié)構(gòu)，可以在有數(shù)據(jù)輸入時提取時鐘，并一直保持時鐘的頻率，可以應(yīng)用在收發(fā)器中，應(yīng)用領(lǐng)域如USB、光纖通信、射頻識別等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種時鐘恢復(fù)電路，主要結(jié)構(gòu)分三個部分誤差提取部分(FD)，邏輯控制部分(CON)和數(shù)字控制振蕩器(DCO)，如圖I所示。FD給出可用于判斷輸入波形頻率和DCO輸出波形頻率之間大小關(guān)系的信息；C0N接收到頻率誤差計數(shù)器的內(nèi)容后即可判斷兩者的大小關(guān)系，并根據(jù)校準(zhǔn)算法控制DCO頻率向目標(biāo)頻率和精度收斂；DC0是定制設(shè)計的數(shù)字控制振蕩器，其頻率由CON給出的控制字調(diào)節(jié)。誤差提取部分(FD)的作用是提取有助于邏輯控制部分(CON)進(jìn)行頻率誤差極性判斷的信息，即FD內(nèi)部的誤差分析計數(shù)器記錄的DCO輸出信號在規(guī)定的一段時間內(nèi)振蕩了多少個周期。誤差提取的信息是頻率高或低的極性，即只要能夠判斷出DCO輸出頻率相對于參考信號是高了還是低了即可，而無須判斷出高或低的程度。時鐘頻率的校準(zhǔn)過程由多個校準(zhǔn)步組成，其中每一個校準(zhǔn)步的工作原理如圖2所示。利用數(shù)據(jù)通信中的同步信號，對兩個連續(xù)的同向沿(如上升沿)之間的間隔進(jìn)行計數(shù)，從計數(shù)信息中獲取頻率誤差信息。為了提高時鐘校準(zhǔn)的精度，計數(shù)時鐘必須與數(shù)據(jù)信號的翻轉(zhuǎn)沿嚴(yán)格同步。校準(zhǔn)步推動著算法將DCO輸出向目標(biāo)頻率和精度收斂。校準(zhǔn)步的多少反映了算法收斂的速度和穩(wěn)定性。每一步FD的誤差提取過程如下當(dāng)系統(tǒng)處在校準(zhǔn)啟動狀態(tài)后，第一個到來的輸入數(shù)據(jù)信號(DATA)的上升沿觸發(fā)DCO開始有效振蕩，并開始記錄DCO輸出的時鐘上升沿數(shù)；在第二個到來的DATA信號的上升沿處停止計數(shù)，計數(shù)器的結(jié)果會在同步區(qū)間被采到如果計數(shù)結(jié)果處在設(shè)定的區(qū)間1，則認(rèn)為本地頻率尚小于目標(biāo)頻率；如果計數(shù)結(jié)果處在設(shè)定的區(qū)間2，則認(rèn)為本地頻率大于目標(biāo)頻率；其余情況被認(rèn)為異常，不會進(jìn)行校準(zhǔn)算法。計數(shù)區(qū)間的設(shè)定取決于數(shù)據(jù)速率與DCO目標(biāo)頻率的關(guān)系。CON利用DCO的輸出時鐘同步頻率誤差極性判斷和DCO頻率校準(zhǔn)；在DATA信號的第三個上升沿處，一次校準(zhǔn)步結(jié)束，F(xiàn)D需要恢復(fù)成待校準(zhǔn)狀態(tài)。


圖ICRC系統(tǒng)框圖
圖2單個校準(zhǔn)步的工作原理圖3FD內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接關(guān)系圖
具體實(shí)施例方式在時鐘恢復(fù)電路的主要結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)D的主要結(jié)構(gòu)是一個異步控制的計數(shù)器，此計數(shù)器的設(shè)計考慮包括頻率誤差分辨精度、計數(shù)器可工作最高頻率和有效的計數(shù)時長。頻率誤差分辨精度決定了計數(shù)器需要數(shù)多少個周期以及由此確定的計數(shù)時長。FD內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接關(guān)系圖如圖3所示。該設(shè)計在實(shí)現(xiàn)過程中需要著重注意以下3點(diǎn)I，模塊內(nèi)時序較復(fù)雜，同時存在2個同步信號DATA和CLK及一個異步信號clear，并且CLK信號的頻率在一定的范圍內(nèi)變化，所以在實(shí)現(xiàn)的時候需要特別注意各時序約束條件的滿足。2，注意各信號的初值確認(rèn)。3，圖中路徑Pl和P2需要嚴(yán)格匹配，實(shí)現(xiàn)時這兩條路徑上的器件需要根據(jù)匹配原則設(shè)計和放置。異步RST信號在FD模塊內(nèi)的功能是生成clear復(fù)位信號，當(dāng)RST信號有效時，clear信號為‘0’，F(xiàn)D模塊處在復(fù)位狀態(tài)。RST信號的變化不會停止DCO振蕩。同步STD信號用于控制DCO振蕩，當(dāng)STD信號有效時，DCOen信號為‘0’，DCO停止振蕩，模塊內(nèi)所有寄存器值維持不變。下圖表示了 STD信號失效后，相關(guān)頂層端口的信號時序，如果STD信號有效前模塊已經(jīng)完成校準(zhǔn)，STD信號失效后，模塊直接恢復(fù)出校準(zhǔn)完成后的頻率值。如果STD信號有效前模塊未完成校準(zhǔn)，STD信號失效后，模塊自動繼續(xù)進(jìn)行校準(zhǔn)。STD信號有效時需要和DCO輸出48MHz時鐘同步，這樣做的目的是保護(hù)時鐘信號的完整性。
權(quán)利要求
1.一種時鐘恢復(fù)電路，其特征在于主要包含三個部分誤差提取部分FD、邏輯控制部分CON和數(shù)字控制振蕩器DCO，其中FD內(nèi)部的誤差分析計數(shù)器記錄DCO輸出的信號在一段時間內(nèi)振蕩的周期信息；C0N接收到誤差分析計數(shù)器記錄的信息后判斷輸入數(shù)據(jù)頻率和DCO輸出的信號頻率之間的大小關(guān)系，并根據(jù)校準(zhǔn)算法控制DCO輸出的信號頻率向輸入數(shù)據(jù)頻率和精度收斂。
2.如權(quán)利要求I所述的一種時鐘恢復(fù)電路，其特征在于利用數(shù)據(jù)通信中的同步信號，對兩個連續(xù)的同向沿之間的間隔進(jìn)行計數(shù)，從計數(shù)信息中獲取頻率誤差信息。
3.如權(quán)利要求I或2所述的一種時鐘恢復(fù)電路，其特征在于為了提高時鐘校準(zhǔn)的精度，輸入數(shù)據(jù)和DCO輸出的信號的翻轉(zhuǎn)沿嚴(yán)格同步。
4.如權(quán)利要求I或2所述的一種時鐘恢復(fù)電路，其特征在于具體步驟如下 當(dāng)校準(zhǔn)狀態(tài)啟動后，第一個到來的輸入數(shù)據(jù)的上升沿觸發(fā)DCO開始有效振蕩，誤差分析計數(shù)器記錄DCO輸出的信號上升沿數(shù)；在第二個到來的輸入數(shù)據(jù)的上升沿處停止計數(shù)，誤差分析計數(shù)器記錄的結(jié)果在同步區(qū)間被采到；C0N利用DCO輸出的信號頻率和輸入數(shù)據(jù)頻率的誤差進(jìn)行大小判斷，并根據(jù)校準(zhǔn)算法控制DCO進(jìn)行頻率校準(zhǔn)；在輸入數(shù)據(jù)的第三個上升沿處，一次校準(zhǔn)步結(jié)束，F(xiàn)D恢復(fù)成待校準(zhǔn)狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種時鐘恢復(fù)電路，主要結(jié)構(gòu)分三個部分誤差提取部分(FD)，邏輯控制部分(CON)和數(shù)字控制振蕩器(DCO)，F(xiàn)D給出可用于判斷輸入波形頻率和DCO輸出波形頻率之間大小關(guān)系的信息；CON接收到頻率誤差計數(shù)器的內(nèi)容后即可判斷兩者的大小關(guān)系，并根據(jù)校準(zhǔn)算法控制DCO頻率向目標(biāo)頻率和精度收斂；DCO是定制設(shè)計的數(shù)字控制振蕩器，其頻率由CON給出的控制字調(diào)節(jié)。通過本結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在無晶體振蕩器的條件下輸出高頻率精度的時鐘并保持時鐘頻率，用于USB、光纖通信、射頻識別等領(lǐng)域時鐘的恢復(fù)。
文檔編號H04L7/04GK102739390SQ20111009338
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月14日
發(fā)明者高慧 申請人:北京中電華大電子設(shè)計有限責(zé)任公司