專利名稱：用于恢復(fù)數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)的電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及時(shí)鐘信號(hào)恢復(fù)領(lǐng)域，并特別涉及一種用于在光盤的記錄和/或重放裝置中恢復(fù)數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)的電路和方法。
在用于在諸如致密盤(CD)或數(shù)字多用盤(DVD)的光盤上記錄數(shù)據(jù)或從光盤上重放數(shù)據(jù)的裝置中，用于使重放信號(hào)與系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)同步的處理是必須的。鎖相環(huán)(PLL)電路是一種用來執(zhí)行該處理的電路。
通過以某個(gè)頻率振蕩的壓控振蕩器(VCO)產(chǎn)生相對(duì)于接收信號(hào)的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，改變系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的頻率并且把接收信號(hào)鎖定到變化的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)上，PLL電路鎖定一個(gè)相位。通常，在計(jì)算VCO的振蕩頻率和接收信號(hào)的頻率間之差并且執(zhí)行頻率鎖定之后，當(dāng)VCO的振蕩頻率和接收信號(hào)的頻率之差處在預(yù)定的范圍之內(nèi)時(shí)，相位鎖定開始。
傳統(tǒng)光盤驅(qū)動(dòng)器的時(shí)鐘恢復(fù)電路使用

圖1示出的PLL，并且包括一個(gè)二進(jìn)制電路110、一個(gè)頻率檢測(cè)器120、一個(gè)相位誤差檢測(cè)器130、一個(gè)低通濾波器(LPF)140和一個(gè)壓控振蕩器(VCO)150。
在圖1中，從光盤100讀出的信號(hào)是模擬信號(hào)。光盤100讀出的信號(hào)與二進(jìn)制電平相比較并且由例如一個(gè)比較器構(gòu)成的二進(jìn)制電路110提供一個(gè)二進(jìn)制的信號(hào)。頻率誤差檢測(cè)器120檢測(cè)二進(jìn)制信號(hào)的頻率和VCO150產(chǎn)生的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的頻率之間的差值，并且把這個(gè)差值提供給LPF140。LPF140向VCO150提供一個(gè)對(duì)應(yīng)于該頻率差的控制電壓。相位誤差檢測(cè)器130在頻率誤差檢測(cè)器120所檢測(cè)的頻率差處在預(yù)定范圍之內(nèi)時(shí)檢測(cè)二進(jìn)制信號(hào)和系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的相位差，并且把檢測(cè)的相位差提供給LPF140。LPF140向VCO150提供對(duì)應(yīng)于該相位差的控制電壓。VCO150根據(jù)LPF140提供的控制電壓信號(hào)產(chǎn)生與接收信號(hào)同步的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。
在傳統(tǒng)技術(shù)中，由于二進(jìn)制電路110和LPF140是由模擬電路實(shí)現(xiàn)，所以其性能會(huì)因噪聲經(jīng)過LPF140而降低，并且難以通過模擬濾波器實(shí)現(xiàn)由二進(jìn)制電路110校正對(duì)應(yīng)于接收信號(hào)的二進(jìn)制電平的功能以及對(duì)應(yīng)于一種多速模式(multiple-speed mode)的LPF140的功能。
換句話說，為了通過二進(jìn)制電路110二進(jìn)制化從光盤讀出的信號(hào)，一種跟蹤所接收模擬信號(hào)的中心值的電路必須由LPF來實(shí)現(xiàn)。在使用模擬濾波器時(shí)，不管濾波器的性能有多好，也不可能自由的改變頻帶并且將噪聲混合到了信號(hào)中。
特別是，采用部分響應(yīng)最大似然(PRML)法的二進(jìn)制電路具有一種通過使用由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)而獲得的取樣數(shù)據(jù)來輸出最適于接收信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性的二進(jìn)制信號(hào)的結(jié)構(gòu)。正因如此，則需要一種通過使用由模-數(shù)(A-D)轉(zhuǎn)換所獲得的取樣數(shù)據(jù)校正模擬信號(hào)中心值(center value)的功能并且需要一種通過使用校正的模擬信號(hào)的中心值來使系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)與取樣數(shù)據(jù)同步的功能。這些功能難以通過模擬結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
而且，當(dāng)用于提供作為VCO150控制電壓的頻率誤差和相位誤差的LPF140是通過模擬電路實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，則不可能自由地改變頻帶并且噪聲在信號(hào)中混合。因此，由模擬結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的LPF難以應(yīng)用到新近發(fā)展且能與高多速模式(high multiple speed mode)相對(duì)應(yīng)的光盤產(chǎn)品中。
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)電路，用于實(shí)現(xiàn)具有數(shù)字結(jié)構(gòu)的二進(jìn)制電路和低通濾波器(LPF)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種方法，該方法用于校正從光盤讀出的模擬信號(hào)的不對(duì)稱，二進(jìn)制化該校正的模擬信號(hào)，數(shù)字信號(hào)處理該校正的二進(jìn)制信號(hào)，以及恢復(fù)一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)在下面描述的部分中提出，并且通過描述將變得顯而易見，或者通過本發(fā)明的實(shí)踐可以認(rèn)識(shí)到。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個(gè)目的，提供了一種用于恢復(fù)鎖定在接收信號(hào)上的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)電路，它包括用于把接收信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并且提供由跟蹤接收信號(hào)的中心值的二進(jìn)制電平所校正的數(shù)字信號(hào)的模-數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器和不對(duì)稱校正器；一個(gè)用于檢測(cè)校正數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的頻率誤差的頻率誤差檢測(cè)器；一個(gè)用于檢測(cè)校正數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的相位誤差的相位誤差檢測(cè)器；一個(gè)用于提供作為控制電壓的頻率誤差和相位誤差的數(shù)字低通濾波器(LPF)；以及一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器，用于產(chǎn)生其頻率和相位根據(jù)控制電壓而變化的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)并且提供作為各個(gè)元件的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘信號(hào)的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。
為了實(shí)現(xiàn)第二個(gè)目的，提供了一種用于通過鎖相環(huán)(PLL)恢復(fù)鎖定在接收信號(hào)上的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的方法，包括的步驟是把接收的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并且提供由跟蹤接收信號(hào)的中心值的二進(jìn)制電平所校正的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；檢測(cè)校正數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的頻率誤差；檢測(cè)校正數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的相位誤差；以及低通濾波相位誤差并且把低通濾波的相位誤差與頻率誤差一起提供給PLL的控制電壓。
通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的最佳實(shí)施例，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)將更加顯而易見，其中圖1是一種傳統(tǒng)的時(shí)鐘恢復(fù)電路的框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一種數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)電路的實(shí)施例的框圖；圖3是圖2所示的不對(duì)稱校正器的詳細(xì)框圖；圖4解釋了根據(jù)本發(fā)明的相位誤差檢測(cè)的原理；圖5是圖2所示的相位誤差檢測(cè)器的詳細(xì)框圖；以及圖6是圖2所示的數(shù)字低通濾波器(LPF)的詳細(xì)電路圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一種數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)電路的實(shí)施例的框圖，在圖2中，模-數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器210把從光盤200讀出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。不對(duì)稱校正器220根據(jù)接收信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性產(chǎn)生一個(gè)校正的二進(jìn)制電平，從而在最佳狀態(tài)下把模擬信號(hào)二進(jìn)制化，根據(jù)校正的二進(jìn)制電平校正A/D轉(zhuǎn)換器210提供的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的二進(jìn)制電平，并且把校正的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)提供給頻率誤差檢測(cè)器230和相位誤差檢測(cè)器240。
頻率誤差檢測(cè)器230獲得不對(duì)稱檢測(cè)器220提供的接收信號(hào)和VCO270產(chǎn)生的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)間的頻率差并且提供一個(gè)頻率誤差信號(hào)。
當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)根據(jù)頻率誤差檢測(cè)器230的輸出大體上鎖定在接收信號(hào)上時(shí)，相位誤差檢測(cè)器240獲得系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)和接收信號(hào)之間的相位差并且正確地把系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)鎖定到接收信號(hào)上。
換句話說，當(dāng)頻率誤差檢測(cè)器230提供的頻率誤差信號(hào)首先提供給數(shù)字低通濾波器(LPF)250并且系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)和接收信號(hào)之間的頻率差處在預(yù)置范圍內(nèi)的時(shí)候，相位誤差檢測(cè)器240提供的相位誤差信號(hào)提供給數(shù)字LPF250。
數(shù)字LPF250把誤差信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓數(shù)據(jù)。D/A轉(zhuǎn)換器260把數(shù)字電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)并且提供該模擬電壓信號(hào)作為VCO270的控制電壓信號(hào)。VCO270根據(jù)該控制電壓信號(hào)產(chǎn)生鎖定在接收信號(hào)上的參考頻率的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，并且盡管未示出，但還把系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘信號(hào)提供給A/D轉(zhuǎn)換器210、不對(duì)稱校正器220、頻率誤差檢測(cè)器230、相位誤差檢測(cè)器240和數(shù)字LPF250。
圖3是圖2所示不對(duì)稱校正器220的詳細(xì)電路圖，它包括一個(gè)符號(hào)判定器221、一個(gè)向上/向下計(jì)數(shù)器222、一個(gè)比較器223、一個(gè)二進(jìn)制電平發(fā)生器224和一個(gè)加法器225。
在圖3中，符號(hào)判定器221判定圖2所示的A/D轉(zhuǎn)換器210提供的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是正或是負(fù)，并且把符號(hào)判定結(jié)果提供給向上/向下計(jì)數(shù)器222。
當(dāng)符號(hào)判定器221的符號(hào)判定結(jié)果為正時(shí)，向上/向下計(jì)數(shù)器222提高計(jì)數(shù)值，而在符號(hào)判定結(jié)果為負(fù)時(shí)則降低計(jì)數(shù)值。當(dāng)通過模-數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換獲得的取樣數(shù)據(jù)被輸入以根據(jù)接收信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性偏離到二進(jìn)制電平中的正或負(fù)方向的時(shí)候，多個(gè)正或多個(gè)負(fù)的符號(hào)可在取樣數(shù)據(jù)中檢測(cè)到。向上/向下計(jì)數(shù)器222的計(jì)數(shù)值根據(jù)接收信號(hào)的不對(duì)稱而增加或減小。比較器223把向上/向下計(jì)數(shù)器222的計(jì)數(shù)值與一個(gè)閾值相比較，決定向上/向下計(jì)數(shù)器222的計(jì)數(shù)值的增加是否超過了閾值或減少是否低于該閾值，并且把增加值或減少值提供給二進(jìn)制電平發(fā)生器224。
二進(jìn)制電平發(fā)生器224根據(jù)比較器223提供的增加值或減少值的符號(hào)識(shí)別電平校正二進(jìn)制電平，并且產(chǎn)生校正的二進(jìn)制電平。加法器225把校正的二進(jìn)制電平添加到A/D轉(zhuǎn)換器210提供的作為接收信號(hào)的取樣數(shù)據(jù)上，并且把校正的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)提供給頻率誤差檢測(cè)器230和相位誤差檢測(cè)器240。相應(yīng)地，接收信號(hào)的不對(duì)稱被校正。加法器225可稱作校正器并且比較器223可加載于二進(jìn)制電平發(fā)生器224之內(nèi)。
相位誤差表示在系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的相位和接收信號(hào)的相位之間存在多大的差別。如圖4所示，根據(jù)相位誤差檢測(cè)的原理，如果接收信號(hào)正確地鎖定在系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)上，則在接收信號(hào)被取樣的時(shí)間點(diǎn)的信號(hào)精確地為0。然而，當(dāng)存在一個(gè)相位差時(shí)，在符號(hào)改變的時(shí)間點(diǎn)的信號(hào)不精確地為0。因此，當(dāng)存在相位誤差的時(shí)候，早于或晚于信號(hào)改變的時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)項(xiàng)被接收，可以獲得數(shù)據(jù)項(xiàng)的絕對(duì)值，并且將具有較小絕對(duì)值的數(shù)據(jù)作為相位誤差。換句話說，在符號(hào)改變的兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的具有較小絕對(duì)值的取樣數(shù)據(jù)值變成相位誤差。
如圖4所示，相位誤差值實(shí)際上是對(duì)應(yīng)于b′的值，并且在假定符號(hào)改變的時(shí)間點(diǎn)的信號(hào)是線性時(shí)，不可能直接知道b′的值。但是，由于三角形abc的形狀相似于三角形a′b′c′的形狀，所以a′的值(取樣數(shù)據(jù)值)可當(dāng)作相位誤差值使用。
圖5是圖2所示的相位誤差檢測(cè)器240的詳細(xì)圖。相位誤差檢測(cè)器240包括第一和第二絕對(duì)值電路241和243、延遲242、比較器244、反相器245和選擇器246。
第一絕對(duì)值電路241在符號(hào)改變的時(shí)間點(diǎn)從圖2所示的不對(duì)稱校正器220接收取樣數(shù)據(jù)A(N)，并且提供取樣數(shù)據(jù)A(N)的絕對(duì)值。第二絕對(duì)值電路243在符號(hào)改變的時(shí)間點(diǎn)接收通過延遲242提供的來自不對(duì)稱校正器220的先前的取樣數(shù)據(jù)A(N-1)，并且提供先前的取樣數(shù)據(jù)A(N-1)的絕對(duì)值。延遲242可由一個(gè)用于延遲一個(gè)時(shí)鐘周期的D觸發(fā)器構(gòu)成。
比較器244把第一絕對(duì)值電路241提供的A(N)的絕對(duì)值與第二絕對(duì)值電路243提供的A(N-1)的絕對(duì)值相比較并且向選擇器246提供一個(gè)選擇控制信號(hào)，這樣絕對(duì)值較小的信號(hào)被選中。例如，當(dāng)A(N)的絕對(duì)值較小時(shí)提供一個(gè)邏輯“低”信號(hào)。當(dāng)A(N-1)的絕對(duì)值較小時(shí)提供一個(gè)邏輯“高”信號(hào)。
換句話說，當(dāng)表明A(N)的絕對(duì)值較小的邏輯“低”信號(hào)作為選擇控制信號(hào)提供時(shí)，根據(jù)比較器244提供的選擇控制信號(hào)，選擇器246輸出由反相器245提供的其信號(hào)總是為負(fù)的A(N)的絕對(duì)值作為相位誤差。當(dāng)表明A(N-1)的絕對(duì)值較小的邏輯“高”信號(hào)作為選擇控制信號(hào)提供時(shí)，選擇器246輸出由第二絕對(duì)值電路243提供的作為相位誤差的A(N-1)的絕對(duì)值。反相器245可由例如用于把A(N)的絕對(duì)值與“-1”相乘的乘法器構(gòu)成。
換句話說，當(dāng)從取樣數(shù)據(jù)A(N)中檢測(cè)到相位誤差值的時(shí)候，由于接收信號(hào)的相位領(lǐng)先于系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的相位，所以對(duì)應(yīng)于相位誤差的A(N)的絕對(duì)值的符號(hào)變?yōu)樨?fù)，這樣系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的周期變得更長，并且變?yōu)樨?fù)的A(N)的絕對(duì)值以通過圖2所示的數(shù)字LPF250和D/A轉(zhuǎn)換器260提供給VCO270的控制電壓。當(dāng)從前面的取樣數(shù)據(jù)A(N-1)中檢測(cè)到相位誤差值的時(shí)候，由于接收信號(hào)的相位滯后于系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的相位，所以A(N-1)的絕對(duì)值的符號(hào)不改變，這樣系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的周期縮短并且A(N-1)的絕對(duì)值通過數(shù)字LPF250和D/A轉(zhuǎn)換器260提供給VCO270的控制電壓。
圖6是圖2所示的數(shù)字LPF250的詳細(xì)電路圖。數(shù)字LPF250包括第一和第二數(shù)字濾波器251和255、第一、第二和第三D觸發(fā)器(DF/Fs)252、256和259、第一和第二乘法器253和257、以及第一和第二加法器254和258。
在圖6中，圖2所示相位誤差檢測(cè)器240提供的相位誤差信號(hào)提供給第一和第二數(shù)字濾波器251和255。頻率誤差檢測(cè)器230提供的頻率誤差信號(hào)提供到第一加法器254的第一輸入端口。
相位誤差信號(hào)經(jīng)過第一和第二數(shù)字濾波器251和255。數(shù)字濾波器是LPF，它濾波相位誤差信號(hào)并且平滑(smooth)相位誤差信號(hào)的波形。第一和第二數(shù)字濾波器251和255中的每一個(gè)均具有第一級(jí)無限沖激響應(yīng)(IIR)濾波器的形式，其是由一個(gè)用于把相位誤差輸入到一個(gè)輸入端口的加法器，一個(gè)用于把加法器的輸出與預(yù)定時(shí)間常數(shù)相乘的乘法器，和一個(gè)用于把乘法器的輸出延遲一個(gè)時(shí)鐘周期并且把延遲輸出輸入到加法器的另一個(gè)輸入端口的DF/F構(gòu)成。
在相位誤差信號(hào)沒有經(jīng)過第一數(shù)字濾波器251的低通濾波而是經(jīng)過圖2所示的D/A轉(zhuǎn)換器260提供給VCO270的情況下，由于VCO270反應(yīng)非常敏感，所以整個(gè)系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。因此，可以使用LPF控制時(shí)間常數(shù)值以使系統(tǒng)穩(wěn)定并且使相位誤差減至最小。通常，用于第一數(shù)字濾波器251的時(shí)間常數(shù)值K具有例如□3/4、7/8和15/16的1-1/2N的形式。
此時(shí)，通過使用第一乘法器253把經(jīng)第一D F/F252提供的用于延遲一個(gè)時(shí)鐘周期的第一數(shù)字濾波器251的輸出信號(hào)與時(shí)間常數(shù)K1相乘可實(shí)現(xiàn)總增益為1的一個(gè)系統(tǒng)。在這種情況下，時(shí)間常數(shù)K1具有例如□1/4、1/8和1/16的1/2N(N是一個(gè)正整數(shù))的形式。第一乘法器253的輸出提供給第一加法器254的第二輸入端口。
與第一數(shù)字濾波器251類似，第二數(shù)字濾波器255作為LPF操作。但是，由于第二數(shù)字濾波器255具有將其輸出添加到前個(gè)信號(hào)上的結(jié)構(gòu)，所以第二數(shù)字濾波器255隨著經(jīng)過的時(shí)間而累積相位誤差信號(hào)。換句話說，第二數(shù)字濾波器255的輸出經(jīng)過用于延遲一個(gè)時(shí)鐘周期的第二D F/F256與第二乘法器257的時(shí)間常數(shù)K3相乘，并且相乘結(jié)果提供到第二加法器258的一個(gè)輸入端口。第二加法器258把第二乘法器257的輸出添加到執(zhí)行累積操作的第三DF/F259的輸出上，并且輸入到它的另一個(gè)輸入端口并同時(shí)把相加結(jié)果提供給第一加法器254的第三輸入端口和第三D F/F259。這里，第二數(shù)字濾波器255的時(shí)間常數(shù)K2與第一數(shù)字濾波器251的時(shí)間常數(shù)K一樣具有1-1/2N的形式。第二乘法器257使用的時(shí)間常數(shù)K3與第一乘法器253使用的時(shí)間常數(shù)K1一樣具有1/2N的形式。此時(shí)，由于時(shí)間常數(shù)K3必須用作校正偏離(correctingoffset)，所以時(shí)間常數(shù)K3的設(shè)置大大小于K1。
結(jié)果，第二數(shù)字濾波器255、第二D F/F256、第二乘法器257、第二加法器258和第三D F/F259通過使用接收的相位誤差信號(hào)精密地跟蹤直流(DC)偏移電壓變化并且改變整個(gè)系統(tǒng)的DC偏移電壓。
根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字LPF可通過使用任何具有公式1的濾波器特性以及圖6所示的結(jié)構(gòu)的濾波器來實(shí)現(xiàn)。數(shù)字LPF可通過具有通用無限沖激響應(yīng)(IIR)形式的數(shù)字濾波器來實(shí)現(xiàn)。H(z)=Y(z)X(z)=Σi=0rLiZ-i1+Σj=1mKjZ-j----(1)]]>其中X(z)、Y(z)和H(z)分別表示接收信號(hào)、輸出信號(hào)和z-變換的轉(zhuǎn)換函數(shù)。
本發(fā)明可廣泛地應(yīng)用到使用PLL的數(shù)字裝置的時(shí)鐘恢復(fù)電路以及光盤系統(tǒng)的時(shí)鐘恢復(fù)電路。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)校正經(jīng)過了模-數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的不對(duì)稱并且產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，由此通過穩(wěn)定地產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于各種盤的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)提高了系統(tǒng)的可靠性的時(shí)候，跟蹤接收信號(hào)的不對(duì)稱可能會(huì)比傳統(tǒng)技術(shù)更加敏感。
根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)電路是強(qiáng)抗噪聲的，并且不會(huì)由于數(shù)字化相位誤差檢測(cè)和接收信號(hào)的二進(jìn)制而誤操作。而且，在根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)電路中，濾波器的結(jié)構(gòu)不需要根據(jù)多速的變化而改變，盡管多速光盤會(huì)由于數(shù)字LPF的使用而變化。
權(quán)利要求
1.一種用于恢復(fù)鎖定在接收信號(hào)上的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)電路，其特征是該數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)電路包括一個(gè)模-數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器和不對(duì)稱校正器，用于把接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并且提供由跟蹤接收信號(hào)中心值的二進(jìn)制電平所校正的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；一個(gè)頻率誤差檢測(cè)器，用于檢測(cè)校正數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的頻率誤差；一個(gè)相位誤差檢測(cè)器，用于檢測(cè)校正數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的相位誤差；一個(gè)數(shù)字低通濾波器(LPF)，用于提供作為控制電壓的頻率誤差和相位誤差；以及一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器，用于產(chǎn)生其頻率和相位根據(jù)控制電壓而變化的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)并且提供作為各個(gè)元件的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘信號(hào)的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)鐘恢復(fù)電路，其特征是A/D轉(zhuǎn)換器和不對(duì)稱校正器包括一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，用于把接收的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；一個(gè)符號(hào)判定器，用于判定A/D轉(zhuǎn)換器提供的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的符號(hào)是正或是負(fù)，并且提供符號(hào)判定結(jié)果；一個(gè)向上/向下計(jì)數(shù)器，用于在符號(hào)判定器的判定結(jié)果為正時(shí)連續(xù)地增加計(jì)數(shù)值，并且在符號(hào)判定器的判定結(jié)果為負(fù)時(shí)連續(xù)地減少計(jì)數(shù)值，其中計(jì)數(shù)值根據(jù)接收信號(hào)的不對(duì)稱性而增加或減少；一個(gè)二進(jìn)制電平發(fā)生器，用于把向上/向下計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值與閾值比較，決定向上/向下計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值是否增加至高于閾值或減少至低于閾值，根據(jù)增加值或減小值來校正符號(hào)判定電平的二進(jìn)制電平，并且產(chǎn)生校正的二進(jìn)制電平；以及一個(gè)校正器，用于把校正的二進(jìn)制電平與A/D轉(zhuǎn)換器所提供的作為接收信號(hào)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)相加，并且在校正接收信號(hào)的不對(duì)稱的位置提供數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)電路，其特征是該相位誤差檢測(cè)器包括第一絕對(duì)值電路，用于在符號(hào)改變的時(shí)間點(diǎn)從A/D轉(zhuǎn)換器和不對(duì)稱校正器接收第一取樣數(shù)據(jù)的取樣數(shù)據(jù)并且提供該第一取樣數(shù)據(jù)的絕對(duì)值；第二絕對(duì)值電路，用于在符號(hào)改變的時(shí)間點(diǎn)A/D換器和不對(duì)稱校正器接收前個(gè)取樣數(shù)據(jù)即第二取樣數(shù)據(jù)并且提供第二取樣數(shù)據(jù)的絕對(duì)值；以及一個(gè)檢測(cè)器，用于在第一取樣數(shù)據(jù)的絕對(duì)值小于第二取樣數(shù)據(jù)的絕對(duì)值時(shí)提供其符號(hào)總是為負(fù)的第一取樣數(shù)據(jù)的絕對(duì)值作為相位誤差，并且在第二取樣數(shù)據(jù)的絕對(duì)值小于第一取樣數(shù)據(jù)的絕對(duì)值時(shí)提供作為相位誤差的第二取樣數(shù)據(jù)的絕對(duì)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)電路，其特征是該檢測(cè)器包括一個(gè)比較器，用于把第一取樣數(shù)據(jù)的絕對(duì)值與第二取樣數(shù)據(jù)的絕對(duì)值相比較并且產(chǎn)生選擇控制信號(hào)以選擇絕對(duì)值較小的取樣數(shù)據(jù)；一個(gè)反相器，用于把第一取樣數(shù)據(jù)的絕對(duì)值的符號(hào)變?yōu)樨?fù)；以及一個(gè)選擇器，用于根據(jù)比較器提供的選擇控制信號(hào)，提供來自反相器的其符號(hào)總為負(fù)的第一取樣數(shù)據(jù)的絕對(duì)值作為相位誤差，或者提供來自第二絕對(duì)值電路的第二取樣數(shù)據(jù)的絕對(duì)值作為相位誤差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)電路，其特征是該數(shù)字LPF包括使用第一時(shí)間常數(shù)的第一數(shù)字濾波器，用于低通濾波相位誤差；以及一個(gè)乘法器，用于把實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總增益為1的第二時(shí)間常數(shù)與第一數(shù)字濾波器的輸出相乘。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)電路，其特征是該數(shù)字LPF進(jìn)一步包括一個(gè)偏離控制器，用于通過使用相位誤差精確地跟蹤直流(DC)偏離電壓的變化并且提供用于控制整個(gè)系統(tǒng)的DC偏離電壓的偏離值；以及一個(gè)加法器，用于把頻率誤差、第一乘法器的輸出和偏離值彼此相加并且把相加結(jié)果作為控制電壓提供給時(shí)鐘發(fā)生器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的時(shí)鐘恢復(fù)電路，其特征是該偏離控制器包括使用第三時(shí)間常數(shù)的第二數(shù)字濾波器，用于低通濾波相位誤差；第二乘法器，用于把實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總增益為1的第四時(shí)間常數(shù)與第二數(shù)字濾濾器的輸出相乘，以及一個(gè)累加器，用于把第二乘法器的輸出與前個(gè)輸出相加并且隨時(shí)間累積低通濾波的相位誤差。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)電路，其特征是該第一和第二數(shù)字濾波器中的每一個(gè)均具有第一級(jí)無限沖激響應(yīng)(IIR)濾波器的形式，包括一個(gè)加法器，用于把相位誤差輸入到一個(gè)輸入端口；一個(gè)乘法器，用于把加法器的輸出與預(yù)定的時(shí)間常數(shù)相乘；以及一個(gè)延遲，用于把乘法器的輸出延遲一個(gè)時(shí)鐘周期并且把延遲輸出反饋給加法器的另一個(gè)輸入端口。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)電路，其特征是該第一和第三時(shí)間常數(shù)的形式為1-1/2NN是正整數(shù)，并且第二和第四時(shí)間常數(shù)的形式為1/2N。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)電路，其特征是所實(shí)現(xiàn)的數(shù)字LPF具有下面的濾波器特性H(z)=Y(z)X(z)=Σi=0rLiZ-i1+Σj=1mKjZ-j]]>其中X(z)、Y(z)和H(z)分別表示接收信號(hào)、輸出信號(hào)和z-變換的轉(zhuǎn)換函數(shù)。
11.一種數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)電路，用于通過使用鎖相環(huán)(PLL)來恢復(fù)鎖定在接收信號(hào)上的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，其特征是該數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)電路包括一個(gè)用于檢測(cè)接收信號(hào)的頻率誤差的頻率誤差檢測(cè)器，一個(gè)用于檢測(cè)接收信號(hào)的相位誤差的相位誤差檢測(cè)器，一個(gè)用于提供對(duì)應(yīng)于頻率誤差和相位誤差的控制電壓的低通濾波器(LPF)，一個(gè)用于根據(jù)控制電壓產(chǎn)生鎖定在接收信號(hào)的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的壓控振蕩器(VCO)，其中該LPF包括使用第一時(shí)間常數(shù)的第一數(shù)字濾波器，用于低通濾波相位誤差；一個(gè)乘法器，用于把實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總增益為1的第二時(shí)間常數(shù)與第一數(shù)字濾波器的輸出相乘；一個(gè)偏離控制器，用于通過使用相位誤差精確地跟蹤直流(DC)偏離電壓的變化并且提供偏離值以用于控制整個(gè)系統(tǒng)的DC偏離電壓；以及一個(gè)加法器，用于把頻率誤差、第一乘法器的輸出和偏離值彼此相加并且把相加值作為控制電壓提供給VCO；其中LPF通過一種數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)電路，其特征是該偏離控制器包括使用第三時(shí)間常數(shù)的第二數(shù)字濾波器，用于低通濾波該相位誤差；一個(gè)第二乘法器，用于把實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總增益為1的第四時(shí)間常數(shù)與第二數(shù)字濾濾器的輸出相乘，以及一個(gè)累加器，用于把第二乘法器的輸出與前一個(gè)輸出相加并且隨時(shí)間累積該低通濾波的相位誤差。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)電路，其特征是第一和第二數(shù)字濾波器中的每一個(gè)具有第一級(jí)無限沖激響應(yīng)(IIR)濾波器的形式，包括一個(gè)加法器，用于把相位誤差輸入到一個(gè)輸入端口；一個(gè)乘法器，用于把加法器的輸出與預(yù)定的時(shí)間常數(shù)相乘；以及一個(gè)延遲，用于把乘法器的輸出延遲一個(gè)時(shí)鐘周期并且把延遲的輸出反饋給加法器的另一個(gè)輸入端口。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)電路，其特征是第一和第三時(shí)間常數(shù)的形式為1-1/2NN是正整數(shù)，而第二和第四時(shí)間常數(shù)的形式為1/2N。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的數(shù)字時(shí)鐘恢復(fù)電路，其特征是該LPF通過具有下述濾波器特性的數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)H(z)=Y(z)X(z)=Σi=0rLiZ-i1+Σj=1mKjZ-j]]>其中，X(z)、Y(z)和H(z)分別表示接收信號(hào)、輸出信號(hào)、和z變換的轉(zhuǎn)移函數(shù)。
16.一種用于通過鎖相環(huán)(PLL)恢復(fù)鎖定在接收信號(hào)的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的方法，其特征是包括的步驟是(a)把接收的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并且提供由跟蹤接收信號(hào)的中心值的二進(jìn)制電平所校正的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；(b)檢測(cè)該校正的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的頻率誤差；(c)檢測(cè)該校正的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的相位誤差；以及(d)低通濾波該相位誤差并且把低通濾波的相位誤差與頻率誤差一起提供給PLL的控制電壓。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征是步驟(a)包括的步驟是(a1)把接收的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；(a2)判定數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的符號(hào)是正或負(fù)并且提供符號(hào)判定結(jié)果；(a3)根據(jù)接收信號(hào)的不對(duì)稱性，通過在符號(hào)判定結(jié)果為正時(shí)增加該計(jì)數(shù)值而在符號(hào)判定結(jié)果為負(fù)時(shí)降低該計(jì)數(shù)值來增加或降低計(jì)數(shù)值；(a4)比較計(jì)數(shù)值的增加是否超出了閾值或減少，是否低于該閾值根據(jù)增加值或減小值校正符號(hào)判定電平的二進(jìn)制電平，并且產(chǎn)生校正的二進(jìn)制電平；以及(a5)把校正的二進(jìn)制電平與作為接收信號(hào)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)相加，并且在校正接收信號(hào)不對(duì)稱的位置提供數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征是步驟(c)包括的步驟是(c1)在符號(hào)由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)改變的時(shí)間點(diǎn)接收取樣數(shù)據(jù)即，第一取樣數(shù)據(jù)并且提供第一取樣數(shù)據(jù)的絕對(duì)值；(c2)在符號(hào)由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)改變的時(shí)間點(diǎn)接收前個(gè)取樣數(shù)據(jù)即，第二取樣數(shù)據(jù)并且提供第二取樣數(shù)據(jù)的絕對(duì)值；以及(c3)在第一取樣數(shù)據(jù)的絕對(duì)值小于第二取樣數(shù)據(jù)的絕對(duì)值時(shí)輸出其符號(hào)總是為負(fù)的第一取樣數(shù)據(jù)的絕對(duì)值作為相位誤差，并且在第二取樣數(shù)據(jù)的絕對(duì)值小于第一取樣數(shù)據(jù)的絕對(duì)值時(shí)輸出作為相位誤差的第二取樣數(shù)據(jù)的絕對(duì)值。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征是步驟(d)包括的步驟是(d1)通過使用第一預(yù)定時(shí)間常數(shù)低通濾波相位誤差并且提供第一濾波信號(hào)；(d2)把實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總增益為1的第二時(shí)間常數(shù)與第一濾波信號(hào)相乘并且提供第一相乘結(jié)果；(d3)通過使用相位誤差精確地跟蹤直流(DC)偏離電壓的變化并且提供偏離值以用于控制整個(gè)系統(tǒng)的DC偏離電壓；以及(d4)把頻率誤差、第一相乘結(jié)果和偏離值彼此相加，并且把相加結(jié)果作為控制電壓提供。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征是步驟(d3)包括的步驟是(d31)通過使用第三時(shí)間常數(shù)低通濾波相位誤差并且提供第二濾波信號(hào)；(d32)把用于實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)增益為1的第四時(shí)間常數(shù)與第二濾波信號(hào)的輸出相乘并且提供第二相乘結(jié)果，以及(d33)把第二相乘結(jié)果與前一個(gè)輸出相加并且隨著時(shí)間累積低通濾波的相位誤差。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征是第一和第三時(shí)間常數(shù)的形式是1-1/2NN是一個(gè)正整數(shù)，而第二和第四時(shí)間常數(shù)的形式是1/2N。
全文摘要
一種用于恢復(fù)數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)的電路和方法。該電路包括一個(gè)模－數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器和不對(duì)稱校正器,用于把接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并且提供跟蹤接收信號(hào)中心值的二進(jìn)制電平所校正的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù);一個(gè)頻率誤差檢測(cè)器;一個(gè)相位誤差檢測(cè)器;和一個(gè)數(shù)字低通濾波器(LPF),用于提供用作為控制電壓的頻率誤差和相位誤差。通過實(shí)現(xiàn)的一個(gè)不對(duì)稱校正器,用于校正經(jīng)過了模－數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換、相位誤差檢測(cè)器、由數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的LPF的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的不對(duì)稱。因而產(chǎn)生穩(wěn)定的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào),敏感地跟蹤接收信號(hào)的不對(duì)稱。
文檔編號(hào)H03L7/00GK1275835SQ00107010
公開日2000年12月6日 申請(qǐng)日期2000年4月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月26日
發(fā)明者樸賢洙, 沈載晟, 元容光 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社