專利名稱：同步通信網(wǎng)的從屬時鐘發(fā)生系統(tǒng)與方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及同步通信網(wǎng)領(lǐng)域，特別涉及產(chǎn)生用在這類網(wǎng)中與參照時鐘源同步的從屬時鐘。
相關(guān)技術(shù)的描述大型通信網(wǎng)包括切換機器和傳輸線。數(shù)字網(wǎng)支持的服務(wù)，其信號原來可以是模擬的或數(shù)字的，模擬信號通過表示為一種數(shù)字字序列而通過數(shù)字網(wǎng)傳播。
數(shù)字通信網(wǎng)主要有兩大類電路切換與數(shù)據(jù)包切換。電路切換網(wǎng)演變成作話音一類的實時服務(wù)，而數(shù)據(jù)包切換網(wǎng)演化為數(shù)據(jù)定向服務(wù)。直到近年，電路切換與數(shù)據(jù)包切換結(jié)構(gòu)都要求獨立的網(wǎng)，其重大區(qū)別在于構(gòu)成設(shè)備的元件。從網(wǎng)的設(shè)備費用、維護和操作來衡量，這種獨立性是昂貴的。有時已認(rèn)識到，若這兩類結(jié)構(gòu)能在同一網(wǎng)上共存，就能提高效能，但是首先得解決若干障礙。
多年來，話音通信一直占主導(dǎo)地位，電路切換網(wǎng)使數(shù)據(jù)包切換網(wǎng)相形見絀。盡管非話音服務(wù)正在迅速地發(fā)展，但是在試圖制作公用網(wǎng)時必須考慮到電路切換網(wǎng)的規(guī)模。由于大量電路切換設(shè)備早已安裝好，所以希望用這類網(wǎng)開展話音與數(shù)據(jù)兩種通信。然而，誤差率較高是電路切換網(wǎng)結(jié)構(gòu)所固有的，不適合基于數(shù)據(jù)包通信的需求。
在由于連續(xù)的切換工作于略微不同的速率而丟失取樣時，有一種方法會使話音或數(shù)據(jù)通信變得不可靠。經(jīng)第一開關(guān)的傳輸速率由切換供給該開關(guān)的時鐘的速度決定。同樣地，信號在第二開關(guān)輸入端的耗用率也由切換供給第二開關(guān)的時鐘的速度決定。當(dāng)耗用率與到達率匹配時，開關(guān)操作就無差錯。然而，當(dāng)耗用率與到達率不同時，開關(guān)產(chǎn)生差錯，其累計作用會變成大得像信號通過網(wǎng)傳播一樣。為了適應(yīng)傳輸速率的差異，可在開關(guān)的輸入端放置緩沖器，但這些緩沖器引入的延遲也會對接收信號的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。
這些難題給使用電路切換網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)包帶來了問題。在出現(xiàn)即使很小的誤差率時，由于要求重發(fā)含誤差的數(shù)據(jù)包，所以嚴(yán)重減小了數(shù)據(jù)包切換網(wǎng)的吞吐量。通過開關(guān)并在開關(guān)之間可靠地傳輸數(shù)字信號，取決于各個開關(guān)時鐘工作的相對精度。為減少開關(guān)的誤差率，必須以同一速率操縱開關(guān)。現(xiàn)代通信網(wǎng)一般具備一種將一公用時鐘分配給所有開關(guān)的分級時鐘分布結(jié)構(gòu)。需要時，諸開關(guān)能與來自某一更高級開關(guān)或級開關(guān)的時鐘同步。因此，每個開關(guān)都是鄰近開關(guān)的時鐘信號源。每次再生時鐘時，就把該新時鐘稱為將其導(dǎo)出的時鐘(“主控”時鐘)的“從屬”時鐘。
時鐘分布網(wǎng)被證明偶爾有故障，在中斷期間保持網(wǎng)操作是主要的要求，因此該分布網(wǎng)必須有一定的恢復(fù)與自愈能力。對大型同步通信網(wǎng)制訂的各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了三種操作模式鎖定模式、保持模式和自由運行模式。這些模式反映了分網(wǎng)單元的三個工作階段。上電后，時鐘發(fā)生硬件就進入“自由運行”模式，本地從屬時鐘趨于穩(wěn)定而接近標(biāo)稱的網(wǎng)速率，但不要求同步。自由運行模式通常保持到從重高級或同級單元檢測出良好的同步源為止。操作的“鎖定模式”一般在檢測到良好的同步源時應(yīng)用。此時本地從屬時鐘被驅(qū)動成與進入時鐘同步。若同步源有故障，時鐘發(fā)生器應(yīng)進入“保持模式”，此時產(chǎn)生的本地從屬時鐘要盡量接近進入時鐘的最新正確值，這要求知道一些存貯的進入時鐘的行為歷史。在檢測出良好同步源后，時鐘發(fā)生回復(fù)到鎖定模式。
這樣，從屬時鐘發(fā)生器是時鐘分布網(wǎng)的一種關(guān)鍵設(shè)備。該系統(tǒng)必須檢測有無同步源，若有同步源，就產(chǎn)生與最佳源同步的從屬時鐘，若無同步源，則使從屬時鐘與它板接近。傳統(tǒng)上，一直用壓控振蕩器(VCO)來滿足各種通信網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(主要有ITU-T G.783,G.811-813,BellcoveGR-253-CORE和ETSI 300462(部分1-6)提出的性能要求。VCO由軟件中編制的控制算法控制并在微處理器上運行，它從若干傳感器(如溫度與電壓)和一相位比較器采集輸入，產(chǎn)生的控制電壓令VCO模擬一選擇的主控參照源，由此產(chǎn)生從屬時鐘。
然而，用VCO產(chǎn)生從屬時鐘有幾個缺點。從道理上講，雖然可將VCO基系統(tǒng)集成到單塊半導(dǎo)體初底上，但是其應(yīng)用的分立元件不便于集成。埋入式微處理器的操作、指令與數(shù)據(jù)存儲器以及各種其它的數(shù)字功能，與比較器和VCO等靈敏的模擬元件的操作并不相容。再者，數(shù)字元件產(chǎn)生的電噪聲會劣化模擬元件的工作。特別是，出現(xiàn)以VCO控制輸入端上的噪聲導(dǎo)致輸出頻率變化，即所謂的抖動。對這種場合制度的最大抖動規(guī)定一般很嚴(yán)格，只容許板低的噪聲電平。當(dāng)像全集成化結(jié)構(gòu)那樣將數(shù)字元件裝得靠近模擬元件時，就難以控制噪聲了。
在分立的VCO結(jié)構(gòu)中也存在噪聲問題，不過在電路板布局中采取預(yù)保措施可提出一種能工作的設(shè)計方案。然而，這類措施依賴于各種常常超出從屬時鐘發(fā)生器設(shè)計者控制的因素，使每種結(jié)構(gòu)都是獨特的，因為在每次實施新的設(shè)計時必須仔細(xì)研究布局。應(yīng)用分立元件還會導(dǎo)致空間與功耗令人無法接受。最后，為了提供溫度補償以滿足性能指標(biāo)，分立型與集成型兩類VCO基系統(tǒng)都要求繁復(fù)的校正步驟。
發(fā)明概述這里提出的從屬時鐘發(fā)生系統(tǒng)與方法適用于同步通信網(wǎng)。應(yīng)用直接數(shù)字合成技術(shù)可從選擇的參照時鐘產(chǎn)生一個或多個從屬時鐘，大大減小了系統(tǒng)對噪聲的敏感性。本發(fā)明能滿足板嚴(yán)格的頻移指標(biāo)，且能集成在公用襯底上，縮小了空間，減少了功耗。
從屬時鐘發(fā)生系統(tǒng)包括一從若干有效時鐘信號中選擇一參照時鐘的多路轉(zhuǎn)換器，每個有效時鐘信號都能處于其自己的亮點頻率。觸發(fā)檢測器最好監(jiān)視每個有效時鐘源，阻止選擇任何不處于規(guī)定頻率范圍的時鐘源。本機振蕩器用來建立“短期測量周期”；在連續(xù)的短期測量周期內(nèi)統(tǒng)計所選參照時鐘的周期，以確定所選時鐘與本機振蕩器頻率的相對頻率。將周期數(shù)饋給相位/時鐘轉(zhuǎn)換器，后者產(chǎn)生一從屬時鐘輸出，其頻率隨對所選時鐘測得的相對頻率而變化。
在同樣由本機振蕩器建立的“長期測量周期”內(nèi)監(jiān)視發(fā)生的從屬時鐘與所選參照時鐘，遇到了會對從屬時鐘的頻率引入不精確性的舍入誤差。這兩個周期數(shù)之差在反饋通路中用來糾正輸出頻率。
本發(fā)明能工作于鎖定、保持和自由運行模式，并能滿足對每種模式提出的頻移指標(biāo)。在鎖定模式中，可保持3×10-9或更小的偏移，在保持模式中，偏移則小于4.6×10-6/月。本發(fā)明無須本地微處理器，其大部分?jǐn)?shù)字化的結(jié)構(gòu)可集成在一公用襯底上，具有空間小、功耗低的優(yōu)點。大部分?jǐn)?shù)字化的結(jié)構(gòu)還明顯減少了噪聲的不利影響，無論這種噪聲是芯片上產(chǎn)生的還是在裝有該芯片的印制電路板(PCB)上產(chǎn)生的。
通過下述結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征與優(yōu)點對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。
附圖簡述

圖1表示使用本發(fā)明的從屬時鐘發(fā)生器的范圍。
圖2是表示本發(fā)明從屬時鐘發(fā)生器基本元件的框圖。
圖3是本發(fā)明的選擇多路轉(zhuǎn)換器一示例性實施例的框圖。
圖4是本發(fā)明一相位發(fā)生器一示例性實施例的框圖。
圖5是表明本發(fā)明相位發(fā)生器內(nèi)使用的相位累加器工作的曲線圖與兩種波形。
圖6是本發(fā)明時鐘發(fā)生器一示例性實施例的框圖。
圖7a與7b是本發(fā)明時鐘發(fā)生器內(nèi)使用的相位/時鐘轉(zhuǎn)換器兩種可行的實施例。
圖8是本發(fā)明從屬時鐘發(fā)生器另一實施例的框圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述圖1是本發(fā)明的從屬時鐘發(fā)生器10。通常有若干可產(chǎn)生一個或多個從屬時鐘的參照時鐘源(即“主控”時鐘)12。這類參照源例如可由高速與低速線路接口的時鐘恢復(fù)電路和本地同步分布網(wǎng)上的端口提供。許多參照源提供兩種可選的頻率(如38.88MHz或77.76MHz,6.48MHz或19.44MHz，或1.54MHz或2.048MHz)，由網(wǎng)管理元件(不在本專利范圍內(nèi))選擇。參照源可由各種諸如正ecl(pecl)或ttl等邏輯族的元件產(chǎn)生，為實現(xiàn)最大靈活性，最好將從屬時鐘發(fā)生器10配置成支持每一種可能性?？蓪D1的從屬時鐘發(fā)生器配置成接收最多達六種參照源作為輸入，當(dāng)然本發(fā)明并不限于任何特定的最大輸入數(shù)。
從屬時鐘發(fā)生器10也可將本機振蕩器時鐘14作為輸入來接收。選擇參照源之一作為準(zhǔn)備產(chǎn)生一個或多個從屬時鐘的源。利用直接數(shù)字合成技術(shù)(下面再詳述)，該從屬時鐘發(fā)生器產(chǎn)生一個或多個從所選的參照源導(dǎo)出的從屬時鐘輸出16。而且，為實現(xiàn)最大靈活性，該從屬時鐘發(fā)生器最好提供幾個在各種邏輯族的高、低邏輯電平間振蕩的不同頻率的從屬時鐘輸出。從屬時鐘發(fā)生器10還可配置成對每個輸出提供可選的頻率。該發(fā)生器產(chǎn)生的從屬時鐘可為任意數(shù)量的諸如線路驅(qū)動器或開關(guān)等裝置型(即“從屬時鐘轉(zhuǎn)換器”)使用。
圖1的參照源頻率僅供示例；本發(fā)明適于與頻率范圍很空的參照源聯(lián)用，像在芯片上使用那樣(即像被可以一起集成在公用襯底上的那些從屬時鐘發(fā)生器元件使用一樣，下面再詳述)，只要將本機振蕩器頻率做成高得足以與之適應(yīng)。出于成本與復(fù)雜性的原因(如必須有極好的溫度補償)，本機振蕩器最好在芯片外面，并以低于芯片上實際要求的中等頻率向該芯片提供其時鐘。然后用時鐘倍頻器25，最好是用一種芯片上模擬鎖相回路(PLL)電路對提供的本機振蕩器時鐘倍頻而得到供芯片上使用的高速時鐘。利用直接數(shù)字合成法產(chǎn)生緊密跟蹤參照源的從屬時鐘，要求本機振蕩器的頻率大于所選參照源的頻率；一般要求本機振蕩器頻率至少大于所選參照源最高頻率的2倍，倍數(shù)更高則更佳。
圖2示出表示從屬時鐘發(fā)生器10基本元件的框圖。參照源12被選擇多路轉(zhuǎn)換器20接收，后者選擇其中一個參照源成為導(dǎo)出從屬時鐘的時鐘Ts。選擇在建立某種較佳選擇順序的外部網(wǎng)管理元件的控制下進行。選擇多路轉(zhuǎn)換器最好還具備監(jiān)視每個參照源頻率的能力，此時該轉(zhuǎn)換器把本機振蕩器24的輸出作為參照來接收(如上所述，用時鐘倍頻器25倍頻后供芯片上使用)；若源編出預(yù)定范圍，該源就遭“淘汰”。某個源若該系統(tǒng)根據(jù)不予選擇，便被淘汰，或者在選中后，檢測出該源的頻率已編出預(yù)定范圍，也被淘汰。在后一種情況中，選擇多路轉(zhuǎn)換器按選擇順序挑選下一個源。下面更詳細(xì)地描述淘汰過程。
選擇的參照源Ts被饋給相位發(fā)生器22，后者還接收本機振蕩器24(經(jīng)倍頻的)輸出，它產(chǎn)生的相位值P(下面詳細(xì)討論)是所選的源Ts與本機振蕩器頻率的相對頻率的量度。將相位值P饋給時鐘發(fā)生器26，后者對P值譯碼并按該P值產(chǎn)生一個或多個從屬時鐘16。P值定期更新，從而準(zhǔn)確地代表著所選源Ts的頻率；反過來，從屬時鐘的頻率緊密地跟蹤著所選參照源的頻率。最好把反饋信號27反饋給選擇多路轉(zhuǎn)換器，而且讓從屬時鐘輸出16之一經(jīng)線路28反饋給相位發(fā)生器22--下面描述這些反饋信號的作用。需要時，可用倍頻器與分頻器使一系列從屬時鐘由所選的參照源產(chǎn)生。
圖3示出表示選擇多路轉(zhuǎn)換器20的一示例性實施例的框圖。必要時，可讓N個參照源12通過電平偏移器30確保它們其享公共邏輯電平。于是將參照源饋給普通的1/N多路轉(zhuǎn)換器32，后者按在控制輸入端36收到的控制信號，將參照源之一接到輸出端34。
要確定選擇哪一個參照源，必須考慮各源的功能有效性以及若干不屬于本發(fā)明的因素--諸如網(wǎng)計劃者的愿望與網(wǎng)的布局。最好通過裝載一張配置表38來調(diào)整這些外部因素，該表對選擇進入源具有較佳的優(yōu)先級。選擇優(yōu)先級最好從外部微處理器(未示出)經(jīng)端口40裝入表38。配置向多路轉(zhuǎn)換器控制電路41產(chǎn)生一輸出，該控制電路41將參照源選擇經(jīng)控制單元36傳遞給多路轉(zhuǎn)換器32。
N個源各自的功能有效性最好由各觸發(fā)檢測器42監(jiān)視。N個觸發(fā)檢測器都被供有從本機振蕩器導(dǎo)出的時鐘，可用于確定其各自的參照源的頻率。各觸發(fā)檢測器監(jiān)視其各自的源，除了確定間斷行為外，還確定其頻率是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。觸發(fā)檢測器向多路轉(zhuǎn)換器控制電路41報告參照源狀態(tài)。任何不符所需標(biāo)準(zhǔn)的參照源都不予選擇。如果當(dāng)前選擇了某個容差外的參照源，則多路轉(zhuǎn)換器控制電路41就自動地按配置表選擇一不同的源，并阻止重選該故障的源。這樣，總能選擇最佳的參照源(按預(yù)定的優(yōu)先級和源的功能有效性確定)?？蓪⒏髟吹臓顟B(tài)存入外部微處理器可讀的寄存器中，可將多路轉(zhuǎn)換器32的輸出34饋給時鐘倍頻電路44，最好是一個數(shù)字PLL，它能產(chǎn)生可從中產(chǎn)生從屬時鐘的時鐘Ts。該倍頻電路有利于確保Ts總是以同一個標(biāo)稱頻率振蕩，與所選參照源的頻率無關(guān)。時鐘倍頻器44最好還接收來自時鐘發(fā)生器26的反饋信號27，其作用如下。
從屬時鐘發(fā)生器用直接數(shù)字合成技術(shù)產(chǎn)生從屬時鐘；該技術(shù)涉及到應(yīng)用下述的相位與時鐘發(fā)生器。圖4示出表示相位發(fā)生器22一示例性實施例的框圖。本機振蕩器24(必要時倍頻)用來建立短期與長期的測量周期，最好分別應(yīng)用一對配置成將本機振蕩器頻率下分頻各自的量以產(chǎn)生所需短期與長期測量周期的計算器50和52。若必須提供精確的測量周期，可在下分頻之前，例如用由模擬PLL電路構(gòu)成的時鐘倍頻器54對本機振蕩器頻率作倍頻。盡管測量周期由圖4的一對計數(shù)器建立，但是本發(fā)明并不限于這種方法，還可應(yīng)用能產(chǎn)生眾所周知且可重復(fù)的測量周期的其它方法。
將選擇的參照時鐘Ts饋給短期計數(shù)器56，后者配置成統(tǒng)計在短期測量周期內(nèi)出現(xiàn)的時鐘Ts的周期。這種技術(shù)可測量所選時鐘與本機振蕩器的相對頻率。不要求對所選時鐘Ts的頻率作絕對測量，因為本機振蕩器被再次用來產(chǎn)生從屬時鐘，所以可抵消本機振蕩器頻率的任何永久性偏移。短期計數(shù)器56在短期測量周期內(nèi)統(tǒng)計的周期數(shù)可作為D值輸出。短期測量周期是定期產(chǎn)生的(即以固定間隔逐一糾正)，因而D值被定期更新，故總能反映時鐘Ts的最近歷史。
短期測量周期的持續(xù)時間與應(yīng)用有關(guān)，一般被選成能有效地跟蹤所選時鐘的抖動和漂的分量。例如，50ms的短期測量周期能讓電路跟蹤高達20Hz的漂移分量，500ms的測量周期可跟蹤低于2Hz的漂移頻率。由此提供的靈活性使電路適用于范圍廣泛的場合。
在D值的各次更新之間，通過以本機振蕩器每一周期加一次的速率連續(xù)地將D值加到累計的相位值P里，可用當(dāng)前的D值產(chǎn)生相位庫；這是用相位累加器57實現(xiàn)的。正在行進的相位值P是線性相位增大的逐段線性近似。時鐘發(fā)生器26對P值譯碼而產(chǎn)生從屬時鐘。
從屬時鐘的不準(zhǔn)確度可以由D計算的“舍入誤差”造成。在涉及兩個時鐘域時，舍入誤差是必然的，因而總有可能出現(xiàn)在測量周期結(jié)束時遞增計數(shù)的亞穩(wěn)定性。可以利用特殊的交接處理技術(shù)防止這種亞穩(wěn)定性測量周期的開媽，但是交接處理只能改善測量周期某一端的工作，無法改善其兩端的工作。舍入誤差會造成D計數(shù)的誤差達百萬分之幾，導(dǎo)致從屬時鐘頻率偏移同樣的數(shù)量級，可能比適用標(biāo)準(zhǔn)(可以低在3×10-9)要求的大幾個數(shù)量級。
通過用兩個附加計數(shù)器58和60檢測所選時鐘與產(chǎn)生的從屬時鐘之一的差值，可以消除由舍入誤差造成的從屬時鐘的不準(zhǔn)確性，這些附加計數(shù)器在更長的時間周期內(nèi)工作，使舍入誤差的影響減小到可接受的程度。如圖4所示，將長期計數(shù)器58和60配置成分別統(tǒng)計所選時鐘Ts和產(chǎn)生的從屬時鐘的周期，這些周期在本機振蕩器建立的長期測量周期內(nèi)出現(xiàn)。長期計數(shù)器58和60在長期測量周期內(nèi)統(tǒng)計的周期數(shù)分別作為B值與C值輸出。從屬時鐘發(fā)生器一般被配置成提供若干各種頻率的從屬時鐘；這樣，饋給計數(shù)器60的從屬時鐘28最好是一個與Ts同頻率的從屬時鐘，以便于對B與C值作比較。
長期測量周期的持續(xù)時間與與應(yīng)用有關(guān)，經(jīng)選擇，可以使長期計數(shù)的任何舍入誤差的影響不很大，讓從屬時鐘頻率被推離其規(guī)定的極限值。上述的交接處理技術(shù)也可用來提供這些計數(shù)的精度，并縮短長期測量周期的長度。
把周期計數(shù)值B與C饋給校正值累加器62，計算差值(B-C)，并把它作為校正矢量饋給相位累加器57校正D值的誤差。因B、C值比D值大得多(測量周期長得多)，故最好用定標(biāo)器64按比例縮小以適合相位累加器的靈敏度；定標(biāo)器64的輸出為K值，由(B-C)除以定標(biāo)器64設(shè)置的定標(biāo)系數(shù)得出。選用該定標(biāo)系數(shù)主要有兩個作用將(B-C)結(jié)果下移，直到該結(jié)果的最高有效位的權(quán)重與D值的最高有效位的權(quán)重相同，并以平穩(wěn)的方式讓最低有效位流入累加器。由于在差值更新之間有一長期測量周期，所以可將它校正的誤差放在產(chǎn)生的從屬時鐘里幾秒鐘。然而，規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)一般都允許這種短暫的誤差周期。
在給出相位值P與時間關(guān)系曲線的圖5中，示明了相位累加器的工作狀況。相位累加器57保持著D與K值正在行進的總數(shù)，反復(fù)地將當(dāng)前的D、K值加到所有以前D、K值當(dāng)前的總數(shù)里，直到出現(xiàn)“翻轉(zhuǎn)”；即，當(dāng)累加總數(shù)超過最大值Pmax時“翻轉(zhuǎn)”。P值在本機振蕩器每個周期更新一次，振蕩器的波形示于圖下方。結(jié)果，P以樓梯踏步方式增大，每步等于其各自的D+K值。P取二進制值形式；本例中，當(dāng)P值的最高位(MSB)改變狀態(tài)時，而且當(dāng)P值超過Pmax時，時鐘發(fā)生器就觸發(fā)從屬時鐘(示于圖下方)。
再來參照圖4，通過將相位累加器57接到翻轉(zhuǎn)累加器70，保持正在行進的P總值。翻轉(zhuǎn)累加器70在一個輸入端接收當(dāng)前P值，在第二輸入端接收Pmax值，并產(chǎn)生一個被饋給相位累加器57一個輸入端的輸出P′。當(dāng)P小于Pmax時，翻到累加器70置P′=P，但當(dāng)P值超過Pmax時，翻轉(zhuǎn)累加器70就從Pmax里減去P以確定“余”值，并把P′置成等于該余值。
相位累加器57編排成產(chǎn)生下式給出的P值P=P′+D+K式中的K為K=(B-C)/定標(biāo)系數(shù)其中的定標(biāo)系數(shù)由上述定標(biāo)器64設(shè)置。當(dāng)如上述那樣把余值加入相位累加器57時，它被用作下一周期的開始值。
相位累加器57產(chǎn)生的P值被饋給時鐘發(fā)生器26，其示例性實施例于圖6。相位/時鐘轉(zhuǎn)換器80對P譯碼，產(chǎn)生頻率隨相位值P而變的譯碼的從屬時鐘輸出波形81。相位/時鐘轉(zhuǎn)換器80有多種可能的實施結(jié)構(gòu)，其中的兩種結(jié)構(gòu)示于圖7a與7b。在圖7a中，把P值加到查找表82，后者根據(jù)變化的P值輸出對應(yīng)于正弦波部分的數(shù)字字。查找表輸出被饋給數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換器84而產(chǎn)生通過帶通濾波器86的時鐘波形，以提高該時鐘波形的質(zhì)量。
另一種可行的相位/時鐘轉(zhuǎn)換器80示于圖7b，它由單個“與”門88組成。本例中，該“與”門連接至P值的MSB和ENABLE信號。當(dāng)ENABLE為高電平且P值的MSB觸發(fā)高電平時，“與”門和譯碼的從屬時鐘波形的輸出也變成高電平。該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一簡單的方波輸出，不要求使用帶通濾波器。
再參照圖6，最好將相位/時鐘轉(zhuǎn)換器80的輸出饋給模擬PLL電路90。PLL用來衰減譯碼的從屬時鐘里出現(xiàn)的任何抖動，并能編程后與譯碼輸出相乘或相除，產(chǎn)生特定頻率的從屬時鐘。可用附加的分頻電路(如圖6中示出的分頻器92)從譯碼的從屬時鐘輸出里導(dǎo)出附加的從屬時鐘頻率。可將最好由“與”門構(gòu)成的靜噪聲電路94與96同每個從屬時鐘輸出串接起來以消除其各自的時鐘，可用于對下游設(shè)備指示在時鐘發(fā)生過程中出現(xiàn)的故障。當(dāng)要求發(fā)生的從屬時鐘的邏輯電平與該從屬時鐘的轉(zhuǎn)發(fā)器要求的邏輯電平匹配時，也可將電平偏移器98與從屬時鐘輸出串接起來。
譯碼的從屬時鐘用作反饋信號27接回到選擇多路轉(zhuǎn)換器20的時鐘倍頻器44，這條反饋通路用于讓該時鐘倍頻器將所選的時鐘Ts與所選的參照源對準(zhǔn)，這可以要求所有的輸入與輸出時鐘都成為某特定頻率(如8KHz)的倍數(shù)而實現(xiàn)。然后，將時鐘Ts的8KHz基頻與所選參照源時鐘的基頻對準(zhǔn)，于是把短期測量周期(音接地和長期測量周期)與Ts對準(zhǔn)。還把從屬時鐘輸出28之一從時鐘發(fā)生器26反饋給相位發(fā)生器22，其中由長期計數(shù)器60作監(jiān)視。
在選擇一個不同的參照源時，最好把從屬時鐘發(fā)生器配置成暫時進入保持模式。作為多路轉(zhuǎn)換器控制電路41一部分的狀態(tài)機，從觸發(fā)檢測器、配置表38和控制寄存器取得輸入，經(jīng)微處理器端口作讀寫訪問，并確定操作模式。當(dāng)必須淘汰選擇的參照源時，狀態(tài)機讓保持模式準(zhǔn)備輸入，直到判定有另一個替代的參照源；然后狀態(tài)機將新的參照源選為Ts，等到輸出信號的8KHz基頻與新參照源的基頻對準(zhǔn)后，就進入鎖定模式。保持模式運用前一個選擇的參照源測量頻率的歷史操作，繼續(xù)產(chǎn)生從屬時鐘，不會造成輸出誤差。在選擇了新的參照源后，就清除保持模式。在切換期間使用保持模式，可保證從一個時鐘源到另一個時鐘源的平穩(wěn)過渡。保持模式還可被外部微處理器調(diào)用與取消。
利用多路轉(zhuǎn)換器控制電路41(上述)內(nèi)的狀態(tài)機控制模式選擇，最好把從屬時鐘發(fā)生器配置成在上電后立即進入自由運行模式。一般用直接數(shù)字合成法產(chǎn)生該從屬時鐘，不過時鐘的頻率由一存貯值確定，該存貯值通常在初始系統(tǒng)試驗時計算與存貯。自由運行模式還可被外部微處理器調(diào)用和取消。
由于本機振蕩器一般用于監(jiān)視參照源與從屬時鐘并產(chǎn)生從屬時鐘，所以其頻移不影響從屬時鐘頻率在鎖定模式時的長期精度。然而，本機振蕩器在自由運行與保持模式期間的頻移會影響從屬時鐘頻率的精度。最好使用溫度補償良好且老化系數(shù)小(可用溫度補償式晶體振蕩器提供)的本機振蕩器。若希望更高的集成度，最好使用能作為從屬時鐘發(fā)生器其余部分而集成到同一塊半導(dǎo)體襯底上的本機振蕩器。
圖8的框圖示出本發(fā)明從屬時鐘發(fā)生器的一種更靈活的實施結(jié)構(gòu)。以前，必要時利用倍頻或分頻的譯碼從屬時鐘從Ts導(dǎo)出每個從屬時鐘輸出。這里，可從參照源12之一導(dǎo)出一個或多個從屬時鐘。選擇多路轉(zhuǎn)換器110(SELECTION MUX2)接收兩個或多個參照源，最好在外部微處理器的控制下，讓多路轉(zhuǎn)換器110選擇傳到其輸出端112的參照源之一。若要求更低頻率的從屬時鐘，可將分頻器114與多路轉(zhuǎn)換器輸出端串接。選擇多路轉(zhuǎn)換器116(SELECTION MUX3)接收多路轉(zhuǎn)換器112的輸出和從Ts導(dǎo)出的從屬時鐘作為輸入，并選擇一個或另一個作為從屬時鐘局輸出。
由于從屬時鐘發(fā)生器10的元件大部分是數(shù)字電路(即除了模擬PLL和芯片外的本機振蕩器外，該發(fā)生器是全數(shù)字式的)，因此與上述VCD等大部分為模擬式的原有技術(shù)的系統(tǒng)相比時，本發(fā)明的噪聲抑制特性提高了，對電路板布局的敏感性也減弱了，使它更便于實際應(yīng)用。
大部分?jǐn)?shù)字結(jié)構(gòu)還使從屬時鐘發(fā)生器(即圖2框10內(nèi)的所有結(jié)構(gòu))能集成到公共襯底上，更有利于減少成本與功耗。本發(fā)明對其操作無需本機微處理器(盡管通常用外部微處理器提供網(wǎng)管理功能)。所有這些優(yōu)點結(jié)合起來使本發(fā)明尤其適用于現(xiàn)代的同步通信網(wǎng)。
盡管已示出和描述了本發(fā)明的諸特定實施例，但是對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，各種變更與其它實施例是顯而易見的，因此希望本發(fā)明只受到于所附的權(quán)項。
權(quán)利要求
1．一種用于產(chǎn)生時鐘信號的從屬時鐘發(fā)生器，所述時鐘信號與選擇的若干進入?yún)⒄諘r鐘源之一同步，且適用于同步通信網(wǎng)，其特征在于包括選擇多路轉(zhuǎn)換器(20)，用于從多個進入?yún)⒄諘r鐘源(12)中選擇某一參照時鐘；產(chǎn)生輸出的本機振蕩器(24)輸出的頻率大于任一所述進入?yún)⒄諘r鐘源的頻率；產(chǎn)生輸出(P)的相位發(fā)生器(22)，輸出(P)隨相對所述本機振蕩器頻率而測師的所述所選參照時鐘的相對頻率發(fā)生變化；及產(chǎn)生從屬時鐘的時鐘發(fā)生器(26)，從屬時鐘的頻率隨所述相對頻率而變化。
2．如權(quán)利要求1所述的從屬時鐘發(fā)生器，其特征在于，還包括多個接至各所述參照時鐘源的觸發(fā)檢測器(42)，每個所述觸發(fā)檢測器配置成監(jiān)視其各參照時鐘源的頻率，所述選擇多路轉(zhuǎn)換器配置成不把頻率編出預(yù)定范圍的參照時鐘源選為所述選擇的參照時鐘。
3．如權(quán)利要求1所述的從屬時鐘發(fā)生器，其特征在于，還把所述相位發(fā)生器配置成在長期測量周期內(nèi)監(jiān)視所述選擇的參照時鐘和所述發(fā)生的從屬時鐘各自的頻率，并且利用所述被監(jiān)視的頻率之差修正所述相位發(fā)生器的輸出，以便校正在所述從屬時鐘頻率中造成不準(zhǔn)確性的舍入誤差。
4．如權(quán)利要求3所述的從屬時鐘發(fā)生器，其特征在于，還包括一相位累加器(57)，該相位累加器(57)在長期測量周期內(nèi)接收作為輸入的所述輸出，所述輸出隨所述選擇的參照時鐘的相對頻率和代表所述選擇的參照時鐘與所述發(fā)生的從屬時鐘各自頻率的信號而變化，并且所述相位累加器(57)被配置成組合所述的輸入并對所述時鐘發(fā)生器提供輸出，以產(chǎn)生頻率隨所述相對頻率變化的所述從屬時鐘。
5．如權(quán)利要求1所述的從屬時鐘發(fā)生器，其特征在于，將所述選擇多路轉(zhuǎn)換器、相位發(fā)生器和時鐘發(fā)生器一起集成在一塊公用襯底上。
6．如權(quán)利要求1所述的從屬時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述選擇多路轉(zhuǎn)換器、相位發(fā)生器和時鐘發(fā)生器大部分是數(shù)字電路，與同等的大部分模擬電路相比，應(yīng)用所述大部分?jǐn)?shù)字電路便于減小所述從屬時鐘發(fā)生器的噪聲敏感性。
7．如權(quán)利要求1所述的從屬時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述多個進入?yún)⒄諘r鐘源具有各自的亮點頻率。
8．一種用于產(chǎn)生從屬時鐘的從屬時鐘發(fā)生器，所述從屬時鐘與選擇的若干進入?yún)⒄諘r鐘源之一同步，且適用于同步通信網(wǎng)，其特征在于包括選擇多路轉(zhuǎn)換器(20)，用于從多個參照時鐘源選擇某個參照時鐘；相位發(fā)生器(22)，包括本機振蕩器(24)，第一與第二計數(shù)器(50,52)，被配置成對所述本機振蕩器的輸出頻率作下分頻，以分別提供短期與長期測量周期，第三計數(shù)器(56)，被配置成統(tǒng)計在所述短期測量周期內(nèi)出現(xiàn)的所述選擇的參照時鐘的周期，并輸出所述周期計數(shù)，所述周期計數(shù)為D值，第四計數(shù)器(58)，被配置成統(tǒng)計在所述長期測量周期內(nèi)出現(xiàn)的所述選擇的參照時鐘的周期，并輸出所述周期計數(shù)，所述周期計數(shù)為B值，第五計數(shù)器(60)，被配置成統(tǒng)計由所述從屬時鐘發(fā)生器在所述長期測量周期內(nèi)產(chǎn)生的從屬時鐘輸出的周期，并輸出所述周期計數(shù)，所述周期計數(shù)為C值，相位累加器(57)，被配置成接收所述周期計數(shù)值B、C和D，并根據(jù)所述B、C和D值產(chǎn)生相位值P，所述P值代表所述選擇的參照時鐘的頻率，并對所述本機振蕩器的每個周期更新一次；及時鐘發(fā)生器(26)，它根據(jù)所述相位值P的值產(chǎn)生所述從屬時鐘輸出；運用所述B與C值校正在所述從屬時鐘頻率中造成不準(zhǔn)確性的舍入誤差。
9．如權(quán)利要求8所述的從屬時鐘發(fā)生器，其特征在于所述相位發(fā)生器還包括校正值累加器(62)、翻轉(zhuǎn)累加器(70)和定標(biāo)器(64)，所述校正值累加器計算所述B值與C值之差(B-C)，所述定標(biāo)器接成將所述(B-C)結(jié)果除以預(yù)定的定標(biāo)系數(shù)，該定標(biāo)系數(shù)被選成使(B-C)結(jié)果的最高位(MSB)具有與D值的MSB同樣的權(quán)重，所述翻轉(zhuǎn)累加器接成向所述相位累加器提供輸出P′，并被配置成使P′等于相位值P在所述本機振蕩器前一周期所取的值，除非P超過了最大值Pmax，在P′=P-Pmax的情況下，所述相位累加器配置成按下式計算所述相位值PP=P′+D+K式中K=(B-C)除以所述定標(biāo)系數(shù)。
10．如權(quán)利要求8所述的從屬時鐘發(fā)生器，其特征在于將所述的選擇多路轉(zhuǎn)換器、相位發(fā)生器和時鐘發(fā)生器都集成在一公用襯底上。
11．如權(quán)利要求8所述的從屬時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述選擇多路轉(zhuǎn)換器、相位發(fā)生器和時鐘發(fā)生器大部分是數(shù)字電路，與同等的大部分模擬電路相比，應(yīng)用所述大部分?jǐn)?shù)字電路便于減小所述從屬時鐘發(fā)生器的噪聲敏感性。
12．如權(quán)利要求8所述的從屬時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述多個進入?yún)⒄諘r鐘源具有各自的亮點頻率。
13．如權(quán)利要求8所述的從屬時鐘發(fā)生器，其特征在于，當(dāng)所述從屬時鐘輸出正在從定期更新的相位值P導(dǎo)出時，所述從屬時鐘發(fā)生器處于鎖定模式，當(dāng)所述從屬時鐘發(fā)生器處于所述鎖定模式時，跟蹤所述選擇的參照時鐘的輸出頻率的所述從屬時鐘的輸出頻率保持在3×10-9以內(nèi)。
14．如權(quán)利要求8所述的從屬時鐘發(fā)生器，其特征在于，還包括多個接至各所述參照時鐘源的觸發(fā)檢測器(42)，每個所述觸發(fā)檢測器配置成檢測其各參照時鐘源的頻率何時編出預(yù)定范圍，所述選擇多路轉(zhuǎn)換器配置成不選擇其頻率已被檢測出偏離所述預(yù)定范圍的參照時鐘源。
15．如權(quán)利要求14所述的從屬時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述從屬時鐘發(fā)生器被配置成在所述選擇多路轉(zhuǎn)換器正在選擇一不同的參照時鐘源作為所述選擇的參照時鐘進入保持模式，所述從屬時鐘發(fā)生器在處于所述保持模式時，運用對前一個選擇的參照時鐘測得的所述D值歷史繼續(xù)產(chǎn)生從屬時鐘，當(dāng)所述從屬時鐘發(fā)生器處于所述保持模式時，跟蹤所述選擇的參照時鐘的輸出頻率的所述從屬時鐘的輸出頻率保持在4.6×10-6/月以內(nèi)。
16．如權(quán)利要求8所述的從屬時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述時鐘發(fā)生器包括一張對多個可能的P值存貯各自數(shù)字輸出字的查找表(82)和一個數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換器(84)，且被配置成從所述相位累加器接收相位值P，并按所述查找表向所述D/A轉(zhuǎn)換器提供對應(yīng)于所述P值的數(shù)字輸出字，所述查找表被配置成使所述D/A轉(zhuǎn)換器按此產(chǎn)生一部分所述從屬時鐘輸出波形。
17．如權(quán)利要求16所述的從屬時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述時鐘發(fā)生器包括對所述D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的波形濾形的帶通濾波器(86)。
18．如權(quán)利要求17所述的從屬時鐘發(fā)生器，其特征在于，還包括接到所述帶通濾波器輸出端的鎖相回路(PLL)，所述PLL電路衰減可能出現(xiàn)在所述從屬時鐘輸出波形中的抖動，并根據(jù)要求對所述從屬時鐘輸出的頻率作倍頻，以得到期望的從屬時鐘輸出頻率。
19．如權(quán)利要求8所述的從屬時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述時鐘發(fā)生器還包括被接成將所述P值的最高位(MSB)作為輸入來接收的鎖相回路(PLL)電路(90)，所述PLL電路衰減可能出現(xiàn)在所述MSB信號中的抖動，并對所述MSB信號的頻率作倍頻而得到期望的從屬時鐘輸出頻率。
20．如權(quán)利要求19所述的從屬時鐘發(fā)生器，其特征在于，所述時鐘發(fā)生器還包括“與”門(88)，所述“與”門的一個輸入端接至所述MSB信號，所述“與”門的輸出端接至所述PLL電路輸入端，當(dāng)其其它輸入端都為高電平時，所述“與”門把所述MSB信號傳送到所述PLL電路輸入端。
21．一種產(chǎn)生從屬時鐘的方法，所述從屬時鐘與若干有效參照時鐘源之一同步且適用于同步通信網(wǎng)，所述方法包括從多個參照時鐘源(12)中選擇一個與從屬時鐘(16)同步的參照時鐘(Ts)；確定所述選擇的參照時鐘與本機振蕩器頻率的相對頻率；及產(chǎn)生一其頻率基于所述選擇的參照時鐘的相對頻率的從屬時鐘(16)，所述從屬時鐘頻率約等于所述選擇的參照時鐘的頻率。
22．如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，還包括步驟對所述本機振蕩器的頻率作下分頻，以建立短期測量周期，并統(tǒng)計所述選擇的參照時鐘在所述短期測量周期之一出現(xiàn)的周期，所述周期計數(shù)(D)確定了所述相對頻率。
23．如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，還包括步驟對所述本機振蕩器的頻率作下分頻以建立長期測量周期，確定所述選擇的參照時鐘與所述從屬時鐘在所述長期測量周期之一出現(xiàn)的若干周期之差(B-C)，并按所述差值調(diào)節(jié)所述從屬時鐘的頻率，以校正在所述從屬時鐘頻率中造成不準(zhǔn)確性的舍入誤差。
24．如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，還包括步驟監(jiān)視所述多個參照時鐘源中每一個的頻率，并淘汰任何其頻率不在預(yù)定范圍內(nèi)的所述參照時鐘源。
25．如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于產(chǎn)生其頻率基于所述選擇的參照時鐘的相對頻率的從屬時鐘的步驟，是通過將所述相對頻率輸入查找表(82)并向數(shù)據(jù)(D/A)轉(zhuǎn)換器(84)饋送所述表產(chǎn)生的數(shù)字字而實現(xiàn)的，所述D/A轉(zhuǎn)換器的輸出形成一部分所述從屬時鐘輸出波形。
26．如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于還包括對所述D/A轉(zhuǎn)換器的輸出作帶通濾波的步驟。
27．如權(quán)利要求25所述的方法，還包括對所述D/A轉(zhuǎn)換器的輸出作抖動濾波的步驟。
28．如權(quán)利要求25所述的方法，還包括對所述D/A轉(zhuǎn)換器的輸出頻率作倍頻而獲得期望的從屬時鐘輸出頻率的步驟。
29．如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于還包括步驟對所述D/A轉(zhuǎn)換器的輸出作抖動濾波并對其輸出頻率作倍頻而獲得期望的從屬時鐘輸出頻率，所述的抖動濾波與倍頻由鎖相回路電路(PLL)(90)實現(xiàn)。
全文摘要
一種用直接數(shù)字合成技術(shù)從選擇的參照時鐘產(chǎn)生從屬時鐘的系統(tǒng)與方法。多路轉(zhuǎn)換器按預(yù)定選擇順序選擇參照時鐘,觸發(fā)檢測器監(jiān)視稆時鐘源并阻止選擇不符規(guī)定頻率范圍的時鐘源,本機振蕩器建立短期與長期測量周期,統(tǒng)計短期測量周期內(nèi)選擇的參照時鐘的周期數(shù)以確定其與本振的相對頻率,通過在長期測量周期內(nèi)監(jiān)視從屬時鐘與參照時鐘抵消舍入誤差。
文檔編號G06F1/12GK1315077SQ00801190
公開日2001年9月26日 申請日期2000年4月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月23日
發(fā)明者D·J·唐克斯, A·邁克奈特, J·拉姆 申請人:塞姆泰克股份有限公司