專利名稱：：非線性時鐘與數(shù)據(jù)恢復(fù)電路動態(tài)捕捉與跟蹤范圍的擴展技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及電子技術(shù)，具體地說是一種非線性時鐘與數(shù)據(jù)恢復(fù)電路動態(tài)捕捉與跟蹤范圍的擴展技術(shù)(Bang-BangTypeCDRwithDynamicTrackingRangeExpansion)。
背景技術(shù)：
：串行數(shù)據(jù)傳輸成為高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)内厔?。隨著數(shù)率的不斷提升，對系統(tǒng)帶寬以及接收準確率的要求也越來越高。而從串行數(shù)據(jù)流中將數(shù)據(jù)正確恢復(fù)則是串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵募夹g(shù)。通用的兩種數(shù)據(jù)恢復(fù)方式是倍頻采樣及利用鎖相環(huán)技術(shù)進行數(shù)據(jù)跟蹤以恢復(fù)時鐘。倍頻采樣是利用其采得的信息，通過數(shù)字鎖相技術(shù)以確定出最有可能的數(shù)據(jù)。美國專利5，905，769所描述的即屬此類。這種方法原理簡單，容易實現(xiàn)，但不能滿足高數(shù)率傳輸?shù)囊?。另一種方式的典型例子是日本專利JP2001/203670A中所描述的相位差調(diào)節(jié)法。它采用了電壓控制延遲線以調(diào)整數(shù)據(jù)流的相位，最終減小與采樣時鐘之間的相位差。但這種方法對電壓控制延遲線設(shè)計的要求較高，較難實現(xiàn)。美國專利20060256909所描述的是另一類似途經(jīng)。它利用鎖相環(huán)技術(shù)通過調(diào)整多相電壓控制振蕩器(簡稱VCO)的相位使其鎖定數(shù)據(jù)流。然而，專利20060256909所描述方式的弊病在于它的數(shù)據(jù)鎖相環(huán)的捕捉和跟蹤范圍較小，對頻率變化較敏感，從而對數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性(如抖動)容忍度有限。其次對倍頻采樣的數(shù)據(jù)選擇是靜態(tài)選擇，在數(shù)率較高時并不能保證最佳選擇點，甚至導(dǎo)致錯誤相位鎖定，使誤碼增加。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出了一種基于多倍頻相位動態(tài)檢測器的數(shù)據(jù)與時鐘恢復(fù)系統(tǒng)。首先，數(shù)據(jù)流經(jīng)由多相vco產(chǎn)生的十二相時鐘倍頻采樣，每采樣周期共采得十二比特，即四位有效數(shù)據(jù)?；谒蓸颖?，首先進行邏輯翻轉(zhuǎn)檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，動態(tài)相位選擇器產(chǎn)生相位超前或滯后脈沖，這些脈沖將用于輪流控制電流泵，以產(chǎn)生VCO的控制電壓(Vctrl)，然后經(jīng)過低通濾波器用以調(diào)節(jié)VCO的相位，最終達到對數(shù)據(jù)流的鎖定。.本發(fā)明的另一目的在于設(shè)計一種非線性時鐘與數(shù)據(jù)恢復(fù)電路動態(tài)捕捉與跟蹤范圍的擴展技術(shù)。針對美國專利(5905769，20060256909;注本專利發(fā)明人之一丁勇也是專利20060256909的主要發(fā)明人)、日本專利JP2001/203670A的弊病(上文
背景技術(shù)：
中的陳述)加以改善，基于鎖相環(huán)技術(shù)，有效地利用了對數(shù)據(jù)流倍頻采樣所獲取的時鐘與數(shù)據(jù)之間的相位關(guān)系，在很大程度上擴展了環(huán)路的捕捉與跟蹤范圍，提高了跟蹤精度。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述基于倍頻相位動態(tài)檢測器的數(shù)據(jù)與時鐘恢復(fù)系統(tǒng)包括采樣電路，多相電壓控制振蕩器VCO，頻率捕捉電路，動態(tài)相位檢測電路，動態(tài)數(shù)據(jù)選擇電路，電流泵和低通濾波器；其特征是所述多相電壓控制振蕩器VCO產(chǎn)生十二相時鐘①[11:0]輸入至采樣電路，數(shù)據(jù)流經(jīng)所述十二相時鐘倍頻由采樣電路采樣，每個采樣周期共采得十二比特數(shù)據(jù)，采樣電路輸出樣本DS[11:0]至動態(tài)相位檢測電路進行動態(tài)翻轉(zhuǎn)檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，動態(tài)相位檢測電路產(chǎn)生相位超前或滯后脈沖輸入電流泵，所述相位超前或滯后脈沖輪流控制電流泵以產(chǎn)生多相電壓控制振蕩器VCO的控制電壓并經(jīng)低通濾波器濾波后輸入VCO，用于調(diào)節(jié)VCO的相位，達到對數(shù)據(jù)流的鎖定。所述動態(tài)相位檢測電路利用邏輯電平翻轉(zhuǎn)標志信號T[ll:O]的序號來表示邏輯轉(zhuǎn)換所發(fā)生的位置。所述動態(tài)相位檢測電路利用倍頻采樣所獲得的信息使相位檢測器的檢測范圍擴大。所述動態(tài)相位檢測電路利用前一采樣周期的相位狀態(tài)，對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換沿進行檢測，以產(chǎn)生相應(yīng)的超前或滯后脈沖。所述動態(tài)數(shù)據(jù)選擇電路對所采的數(shù)據(jù)進行最優(yōu)動態(tài)選擇以保證所選數(shù)據(jù)的可靠性。所述動態(tài)數(shù)據(jù)選擇電路利用前一采樣周期的時鐘與數(shù)據(jù)的相位關(guān)系，選出最靠近數(shù)據(jù)中央的采樣點作為最終恢復(fù)的數(shù)據(jù)，以降低誤碼率。本發(fā)明基于鎖相環(huán)技術(shù)，有效地利用了對數(shù)據(jù)流倍頻采樣所獲取的時鐘與數(shù)據(jù)之間的相位關(guān)系，在很大程度上擴展了環(huán)路的捕捉與跟蹤范圍，提高了跟蹤精度。圖1為數(shù)據(jù)與時鐘恢復(fù)系統(tǒng)的功能框圖；圖2為動態(tài)相位檢測電路圖；圖3為多相振蕩器電路圖；圖4為頻率捕捉電路圖；圖5為動態(tài)恢復(fù)數(shù)據(jù)選擇電路；圖6為動態(tài)相位檢測電路時序(1);圖7為動態(tài)相位檢測電路時序(2);圖8為動態(tài)數(shù)據(jù)選擇時序1(VCO滯后，Last—dir置高)；圖9為動態(tài)數(shù)據(jù)選擇時序2(VCO超前，Last—dir置低)。具體實施方式本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例是一個基于三倍頻相位動態(tài)檢測器的數(shù)據(jù)與時鐘恢復(fù)系統(tǒng)，基本方框圖如圖1所示(注本發(fā)明可適用于更高倍率的采樣，鑒于三倍頻的簡潔性，如無特別說明，下文將以此作為釋例)。首先，數(shù)據(jù)流經(jīng)由多相VCO(電路如圖3所示)產(chǎn)生的十二相時鐘倍頻采樣，每采樣周期共采得十二比特，即四位有效數(shù)據(jù)?；谒蓸颖荆紫冗M行邏輯翻轉(zhuǎn)檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，動態(tài)相位選擇器(電路如圖2所示)產(chǎn)生相位超前或滯后脈沖，這些脈沖將用于輪流控制電流泵，以產(chǎn)生VCO的控制電壓(Vctrl)，然后經(jīng)過低通濾波器用以調(diào)節(jié)VCO的相位，最終達到對數(shù)據(jù)流的鎖定。圖1中的Vctrl是多相振蕩器電壓控制信號。圖2中Last—dir-前一采樣周期的相位狀態(tài)，Lctrl-環(huán)路切換控制信號。圖3中Vctrl-多相振i器電壓控制信號，Oref-參照時鐘，O[n]-時鐘輸出。在高清數(shù)字電視接口應(yīng)用中，由于視頻時鐘由發(fā)送端提供，其頻率變化范圍相當大(由25Mhz-340Mhz)，頻率捕捉器通常用作輔助電路來幫助鎖定，即采用雙環(huán)路，其中一個環(huán)路(頻率環(huán)路)用以將VCO的頻率調(diào)至參照頻率，而另一個環(huán)路(數(shù)據(jù)環(huán)路)用以鎖定數(shù)據(jù)流。圖1中的頻率捕捉器(電路如圖4所示)，用以產(chǎn)生頻率鎖定標志信號，以控制兩環(huán)路之間的切換。當VCO的頻率接近參照頻率時，由頻率環(huán)路切換至數(shù)據(jù)環(huán)路。圖4中Vctri-多相振蕩器電壓控制信號，Lctrl-環(huán)路切換控制信號，CLK—ref-參照時鐘，Oref-參照相位。由頻率環(huán)路切換至數(shù)據(jù)環(huán)^后，數(shù)據(jù)環(huán)路開始對數(shù)^流進行鎖定。圖1中，O[ll:O]為多相位時鐘；Vctrl為控制電壓；DS[11:0]為所采樣本；Last—dir為前一采樣周期的相位狀態(tài)；Lctri為環(huán)路控制信號。圖2所示的是本發(fā)明&核心電路之一，動態(tài)相位檢測電路。數(shù)據(jù)流首先被不同相位的時鐘(O[ll:0]，見圖6)所采樣。樣本DS[11:O]被傳至相位決策電路以產(chǎn)生邏輯電平翻轉(zhuǎn)(即從0轉(zhuǎn)至1，或由1轉(zhuǎn)至0)標志信號(T[ll:O]),這些信號的序號則表示了邏輯轉(zhuǎn)換所發(fā)生的位置。例如，當T-1，表示轉(zhuǎn)換發(fā)生在相位O與O[l]之間，而當丁[1]=0時，則表示在0)[l]與O[2]之間無信號轉(zhuǎn)換發(fā)生。在本發(fā)明中，O[l]、0)[4]、0[7]和O[10]被用作參照相位，其余的則用于數(shù)據(jù)選擇。如果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換發(fā)生在①與①[1]之間，以O(shè)[l]作為參照，VCO時鐘被視為滯后于數(shù)據(jù)。如果轉(zhuǎn)換發(fā)生在0[1]與0[2]之間，VCO時鐘則認為超前。這樣，T和T[l]可被用于產(chǎn)生相位超前和滯后脈沖(見圖7)作為電流泵的驅(qū)動源，以調(diào)整VCO時鐘相位，最終使(D[1]與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換沿對齊。類似地，T[3]和T[4]則可用以產(chǎn)生超前滯后脈沖對應(yīng)于0>[3]與(D[5]之間的任何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換沿。圖2所示的動態(tài)相位檢測電路與超前滯后脈沖產(chǎn)生電路，在結(jié)構(gòu)上似乎類似于美國專利20060256909中所采用的相位檢測電路，但不同點在于此專利充分利用了倍頻采樣所獲得的信息使相位檢測器的檢測范圍由原來的1/3比特擴展至2/3比特。當數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換位于0[2]與0[3]之間，或O[5]與0)[6]之間，或0>[8]與0[9]之間，或O[ll]與O之間，所提美國專利中描述的相位檢測器無法檢測數(shù)據(jù)與VCO時鐘的相位關(guān)系，也無任何VCO控制電壓。換一句話說，VCO的調(diào)節(jié)進入死區(qū)。對于試圖鎖定數(shù)據(jù)流的環(huán)路，捕捉范圍則受到限制，入鎖時間也相應(yīng)較長。而本發(fā)明則利用前一采樣周期的相位狀態(tài)(Last—dir)，當原位于死區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換沿被檢測到，即T[2]或T[5]或T[8]或T[ll]被i高時，產(chǎn)生相應(yīng)的超前或滯后脈沖以調(diào)節(jié)VCO的相位，擴展了環(huán)路的捕捉與跟蹤范圍，使入鎖加快，同時避免了因進入盲區(qū)而導(dǎo)致的VCO相位漂移，使跟蹤精度提高，以滿足更高數(shù)率傳輸?shù)囊?。本發(fā)明的另一關(guān)鍵電路是動態(tài)數(shù)據(jù)選擇電路如圖5所示。圖中的Last一dir指前一采樣周期的相位。此電路對所采的數(shù)據(jù)進行最優(yōu)動態(tài)選擇以保證所i數(shù)據(jù)的可靠性。此電路同樣利用了前一采樣周期的時鐘與數(shù)據(jù)的相位關(guān)系，選出最靠近數(shù)據(jù)中央的采樣點作為最終恢復(fù)的數(shù)據(jù)。這有效地避免了尤其在高數(shù)率傳輸中由于采樣點不妥所造成的誤采，進一步降低了誤碼率。數(shù)據(jù)動態(tài)選擇的機理與實現(xiàn)方法如圖8與圖9及表1所示。當前一采樣周期VCO時鐘相位滯后于數(shù)據(jù)時，Last—dir被置高，在這種情況下，0[2]最靠近數(shù)據(jù)的中央，DS[2]則被選為所恢復(fù)的i據(jù)輸出，反過來，如前一采樣周期VCO時鐘超前，則DS[3]最適中，也就是說，DS[3]將被選為輸出數(shù)據(jù)。表1:動態(tài)數(shù)據(jù)選擇真值表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>環(huán)路的鎖定是基于采獲的數(shù)據(jù)與VCO時鐘的相位差，產(chǎn)生相應(yīng)的超前或滯后脈沖，再通過電流泵以調(diào)節(jié)VCO的相位，最終達到減小相位差的目的。而相位差的采獲則完全取決于信號邏輯電平的切換檢測。換句話說，如果沒有信號電平的切換被檢測，VCO的調(diào)節(jié)則無法實現(xiàn)。用于前面所提美國專利US20060256909中的相位檢測器，在相位檢測上存有盲區(qū)。切換點位于0[2]與(D[3]，(D[5]與0[6]，或①[8]與d>[9]，或O[ll]與O[O]之間時，則無法產(chǎn)生超前或滯后脈沖，這使得鎖相環(huán)的捕捉區(qū)域限于較小范圍內(nèi)。此外，在正常鎖定情況下，一旦因任何原因落入此盲區(qū)，則將造成vco的漂移，甚至導(dǎo)致失鎖。本發(fā)明則利用了前一采樣周期的相位超前或滯后信息，即使信號切換落于前面所提盲區(qū)內(nèi)，動態(tài)相位決策電路仍能產(chǎn)生響應(yīng)的脈沖使VCO相位改變以脫離盲區(qū)并迅速鎖定。在很大程度上擴展了環(huán)路的捕捉與跟蹤范圍，提高了跟蹤精度。相應(yīng)地，它還降低了對頻率鎖定電路的要求，使設(shè)計變得更簡潔。此外，通過對倍頻采樣所得的樣本進行進一步動態(tài)選擇，提高了所恢復(fù)數(shù)據(jù)的可靠性，尤其在高數(shù)率傳輸過程中，有效地降低誤碼率。權(quán)利要求1.基于倍頻相位動態(tài)檢測器的數(shù)據(jù)與時鐘恢復(fù)系統(tǒng)，包括采樣電路，多相電壓控制振蕩器VCO，頻率捕捉電路，動態(tài)相位檢測電路，動態(tài)數(shù)據(jù)選擇電路，電流泵和低通濾波器；其特征是所述多相電壓控制振蕩器VCO產(chǎn)生十二相時鐘Φ[11:0]輸入至采樣電路，數(shù)據(jù)流經(jīng)所述十二相時鐘倍頻由采樣電路采樣，每個采樣周期共采得十二比特數(shù)據(jù)，采樣電路輸出樣本DS[11:0]至動態(tài)相位檢測電路進行動態(tài)翻轉(zhuǎn)檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，動態(tài)相位檢測電路產(chǎn)生相位超前或滯后脈沖輸入電流泵，所述相位超前或滯后脈沖輪流控制電流泵以產(chǎn)生多相電壓控制振蕩器VCO的控制電壓并經(jīng)低通濾波器濾波后輸入VCO，用于調(diào)節(jié)VCO的相位，達到對數(shù)據(jù)流的鎖定。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是所述動態(tài)相位檢測電路利用邏輯電平翻轉(zhuǎn)標志信號T[ll:O]的序號來表示邏輯轉(zhuǎn)換所發(fā)生的位置。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是所述動態(tài)相位檢測電路利用倍頻采樣所獲得的信息使相位檢測器的檢測范圍擴大。4、根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征是所述動態(tài)相位檢測電路利用前一采樣周期的相位狀態(tài)，對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換沿進行檢測，以產(chǎn)生相應(yīng)的超前或滯后脈沖。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征是所述動態(tài)數(shù)據(jù)選擇電路對所采的數(shù)據(jù)進行最優(yōu)動態(tài)選擇以保證所選數(shù)據(jù)的可靠性。6、根據(jù)權(quán)利要求l、2、3或5所述的系統(tǒng)，其特征是所述動態(tài)數(shù)據(jù)選擇電路利用前一采樣周期的時鐘與數(shù)據(jù)的相位關(guān)系，選出最靠近數(shù)據(jù)中央的采樣點作為最終恢復(fù)的數(shù)據(jù)，以降低誤碼率。全文摘要本發(fā)明采用非線性時鐘與數(shù)據(jù)恢復(fù)電路動態(tài)捕捉與跟蹤范圍的擴展技術(shù)，基于采獲的數(shù)據(jù)與VCO時鐘的相位差，產(chǎn)生相應(yīng)的超前或滯后脈沖，再通過電流泵調(diào)節(jié)VCO的相位，最終達到減小相位差的目的。相位差的采獲完全取決于信號邏輯電平的切換檢測，在正常鎖定情況下，即使因任何原因落入盲區(qū)，動態(tài)相位決策電路仍能產(chǎn)生響應(yīng)的脈沖使VCO相位改變以脫離盲區(qū)并迅速鎖定，不會造成VCO的漂移，有效地避免了失鎖的發(fā)生。在很大程度上擴展了環(huán)路的捕捉與跟蹤范圍，提高了跟蹤精度。相應(yīng)地，它還降低了對頻率鎖定電路的要求，提高了所恢復(fù)數(shù)據(jù)的可靠性，尤其在高數(shù)率傳輸過程中，有效地降低了誤碼率。文檔編號H03L7/08GK101247215SQ20081002011公開日2008年8月20日申請日期2008年3月24日優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日發(fā)明者勇丁申請人:無錫圓芯微電子有限公司