專利名稱：基于直接數(shù)字式頻率合成器的時鐘恢復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，特別是涉及一種基于直接數(shù)字式頻率合成器的時鐘恢復(fù)方法。
背景技術(shù)：
近年來，通信網(wǎng)絡(luò)所承載的業(yè)務(wù)發(fā)生了巨大的變化，0TN(0ptical Transport Network，光傳送網(wǎng))將是未來主要的光傳送網(wǎng)技術(shù)。基于ITU-T G. 709的OTN幀結(jié)構(gòu)可以支持多種客戶信號的映射，要實現(xiàn)業(yè)務(wù)的透明傳輸，則需要從OTN包封中解映射出業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并同時恢復(fù)出時鐘信息。目前采用的時鐘恢復(fù)方法，大部分采用第二代頻率合成技術(shù)，即 PLL(Phase-Locked Loop，鎖相環(huán))頻率合成技術(shù)。數(shù)字鑒相器、分頻器加模擬環(huán)路濾波、壓控振蕩器的混合鎖相環(huán)是目前最為普遍的PLL組成方式。DDS (Direct Digital Synthesizer，直接數(shù)字式頻率合成器)是用數(shù)字計算和數(shù)模變換器來產(chǎn)生信號，是第三代頻率合成技術(shù)。DDS技術(shù)首先將相位以極小的間隔離散化， 計算出正弦信號對應(yīng)于這些相位的幅度值，形成一個幅度-相位表，并存儲于DDS器件的 ROM(Read-Only Memory，只讀存儲器)中。DDS工作時，利用數(shù)字方式累加相位，得到信號在該時刻的相位值，然后按一定的相位-幅度轉(zhuǎn)換算法在ROM中查表得到信號在該時刻的幅度值，最后將信號通過D/A (Digital/Analog，數(shù)模轉(zhuǎn)換)和低通濾波器形成模擬正弦波或存儲波形的頻率合成技術(shù)。目前異步時鐘恢復(fù)方法一般采用多級平滑加PLL的方法，現(xiàn)有的解映射異步時鐘電路參見圖1所示。首先需要從OTU(Optical Transport Unit，光傳送單元)中解出 GE (Gigabit Ethernet，千兆以太網(wǎng))數(shù)據(jù)，整個過程可在OTU的時鐘域進行，這個過程需要 2次解映射、1次解復(fù)用和多次去除開銷。如果有效數(shù)據(jù)的包絡(luò)產(chǎn)生OTU時鐘，那么每一個子過程，都會在此包絡(luò)上形成缺口，由于涉及到解映射的過程，缺口變得不規(guī)則，因此不可預(yù)知。最后提取出的GE數(shù)據(jù)包絡(luò)，在整個OTU中來看，是一個帶不規(guī)則缺口的包絡(luò)，參見圖 2所示的數(shù)據(jù)包絡(luò)1。對數(shù)據(jù)包絡(luò)1進行了 1次平滑，得到均勻缺口的數(shù)據(jù)包絡(luò)2，然后再次平滑，采用鎖相的原理得到GE的時鐘。采用了 2次平滑，2個FIFO (First Input First Output，先入先出隊列)。時鐘與數(shù)據(jù)包絡(luò)變化參見圖2所示?，F(xiàn)有的異步時鐘恢復(fù)方法存在以下缺陷(1)實現(xiàn)電路復(fù)雜，需要多級平滑，時延大。(2)電路的通用性差，不便于移植。針對不同的業(yè)務(wù)需求，電路需要重新設(shè)計。(3)恢復(fù)時鐘質(zhì)量不能得到保證，普通PLL很難恢復(fù)出高質(zhì)量的時鐘。(4)針對不同的業(yè)務(wù)，需要提供不同的時鐘參考源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種基于直接數(shù)字式頻率合成器的時鐘恢復(fù)方法，其電路時延小，只需要1級平滑，電路相對簡單，設(shè)計適用范圍廣，容易移植；DDS響應(yīng)快，頻率分辨率高，相位變化連續(xù)，能夠得到高質(zhì)量的時鐘；只需要給DDS 一個參考時鐘，就可以實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)、不同頻率的時鐘恢復(fù)。本發(fā)明提供的基于直接數(shù)字式頻率合成器的時鐘恢復(fù)方法，包括以下步驟:Ajl 存業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)從光傳送網(wǎng)OTN中解映射出業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并在OTN時鐘下直接寫入先進先出 FIFO存儲器；在FIFO存儲器的讀側(cè)，采用恢復(fù)出的業(yè)務(wù)時鐘進行讀取，送出FIFO狀態(tài)； B、根據(jù)FIFO狀態(tài)產(chǎn)生時鐘頻率調(diào)整狀態(tài)，根據(jù)所述時鐘頻率調(diào)整狀態(tài)產(chǎn)生對應(yīng)的頻率值 CFTff ；C、根據(jù)所述CFTW配置直接數(shù)字式頻率合成器DDS芯片；D、DDS芯片輸出相應(yīng)頻率的異步解映射時鐘。在上述技術(shù)方案中，所述FIFO狀態(tài)包括空滿狀態(tài)、快滿狀態(tài)、快空狀態(tài)和正常狀態(tài)。在上述技術(shù)方案中，所述FIFO處于空滿狀態(tài)時，則將DDS芯片輸出的頻率控制字初始化為GE的標準CFTW值。在上述技術(shù)方案中，所述FIFO處于快滿狀態(tài)時，輸出的頻率控制字為當(dāng)前頻率控制字增大10M。在上述技術(shù)方案中，所述FIFO處于快空狀態(tài)時，輸出的頻率控制字為當(dāng)前頻率控制字值減小10M。在上述技術(shù)方案中，所述FIFO處于正常狀態(tài)時，輸出的頻率控制字為頻率控制字 CFTff的加權(quán)平均值。在上述技術(shù)方案中，所述CFTW的加權(quán)平均值的計算過程如下CFTW的當(dāng)前平均值 cftw_avg 左移 η 位為 cftw_avg_n，當(dāng)前 CFTW 值 cftw_crt 左移 η 位為 cftw_crt_n，CFTff 的加權(quán)平均值為cftw_avg-cftw_avg_n+cftw_crt_n，η為左移位數(shù)。在上述技術(shù)方案中，所述FIFO的深度為512。在上述技術(shù)方案中，所述CFTW = R^2N/Fr，其中，是DDS芯片的輸出時鐘頻率， Fr是DDS芯片的外接參考時鐘頻率，N是DDS的相位累加器的位數(shù)。在上述技術(shù)方案中，所述R) = 125MHz,N = 32,Fr = 496MHz，千兆以太網(wǎng)GE的標準 CFTW = 125*2^/496 = 1082401032。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下(1)采用本發(fā)明的方法，電路時延小，非常適合有延時需求的網(wǎng)絡(luò)傳輸。(2)本發(fā)明只需要1級平滑，電路相對簡單，設(shè)計適用范圍廣，容易移植。(3)本發(fā)明中DDS響應(yīng)快，頻率分辨率高，相位變化連續(xù)，能夠得到高質(zhì)量的時鐘。(4)本發(fā)明只需要給DDS —個參考時鐘，就可以實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)、不同頻率的時鐘恢
Μ. ο


圖1為現(xiàn)有的解映射異步時鐘電路的原理框圖。圖2為時鐘與數(shù)據(jù)包絡(luò)的時序示意圖。圖3為本發(fā)明實施例的解映射異步時鐘電路的原理框圖。圖4為圖3中DDS控制的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。本發(fā)明實施例提供的基于直接數(shù)字式頻率合成器的時鐘恢復(fù)方法，包括以下步驟A、緩存業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)從光傳送網(wǎng)OTN中解映射出業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并在OTN時鐘下直接寫入先進先出FIFO存儲器；在FIFO存儲器的讀側(cè)，采用恢復(fù)出的業(yè)務(wù)時鐘進行讀取，送出FIFO 狀態(tài)，F(xiàn)IFO狀態(tài)包括空滿狀態(tài)、快滿狀態(tài)、快空狀態(tài)和正常狀態(tài)。B、根據(jù)FIFO狀態(tài)產(chǎn)生時鐘頻率調(diào)整狀態(tài)，根據(jù)所述時鐘頻率調(diào)整狀態(tài)產(chǎn)生對應(yīng)的頻率值CFTW，CFTff = R^2N/Fr，其中，F(xiàn)o是DDS芯片的輸出時鐘頻率，F(xiàn)r是DDS芯片的外接參考時鐘頻率，N是DDS的相位累加器的位數(shù)。Fo = 125MHz, N = 32，F(xiàn)r = 496MHz，千兆以太網(wǎng) GE 的標準 CFTW = 125*232/496 = 1082401032。Bi、FIFO處于空滿狀態(tài)時，則將DDS芯片輸出的頻率控制字初始化為GE的標準 CFTW 值。B2、FIF0處于快滿狀態(tài)時，輸出的頻率控制字為當(dāng)前頻率控制字增大10M。B3、FIFO處于快空狀態(tài)時，輸出的頻率控制字為當(dāng)前頻率控制字值減小10M。B4、FIFO處于正常狀態(tài)時，輸出的頻率控制字為頻率控制字CFTW的加權(quán)平均值， CFTff的加權(quán)平均值的計算過程如下CFTW的當(dāng)前平均值cftw_avg左移η位為cftw_avg_ η,當(dāng)前 CFTW 值 cftw_crt 左移 η 位為 cftw_crt_n，CFTff 的加權(quán)平均值為 cftw_avg_cftw_ avg_n+cftw_crt_n, η 為左移位數(shù)。C、根據(jù)CFTW配置直接數(shù)字式頻率合成器DDS芯片。D、DDS芯片輸出相應(yīng)頻率的異步解映射時鐘。本發(fā)明實施例利用DDS芯片響應(yīng)速度快、頻率范圍廣和可調(diào)精度高等特點，配合使用相應(yīng)的電路和算法來得出即時頻率，直接配置給DDS，來完成業(yè)務(wù)時鐘的異步恢復(fù)。下面以從OTUl中恢復(fù)出GE時鐘為例來說明具體實施過程。首先需要從OTU中解出GE數(shù)據(jù)，整個過程可在OTU的時鐘域進行。這個過程需要 2次解映射、1次解復(fù)用和多次去除開銷。如果有效數(shù)據(jù)的包絡(luò)產(chǎn)生OTU時鐘，那么每一個子過程，都會在此包絡(luò)上形成缺口，由于涉及到解映射的過程，缺口變得不規(guī)則，因此不可預(yù)知。最后提取出的GE數(shù)據(jù)包絡(luò)，在整個OTU中來看，是一個帶不規(guī)則缺口的包絡(luò)，如圖2 所示的數(shù)據(jù)包絡(luò)1。參見圖3所示，在OTU時鐘域下，包絡(luò)控制提取出的GE數(shù)據(jù)寫入緩存FIFO。在 FIFO讀側(cè)，直接采用DDS芯片輸出的時鐘對FIFO進行連續(xù)讀取。FIFO的狀態(tài)送給DDS控制模塊進行處理，DDS控制模塊根據(jù)處理結(jié)果對DDS芯片進行控制，產(chǎn)生出時鐘。本發(fā)明實施例只用了 1次平滑，并把鎖相處理部分替換為DDS控制電路與DDS芯片。本發(fā)明實施例對FIFO的深度進行了設(shè)計，太深則浪費電路規(guī)模，而且會增大電路系統(tǒng)延時；太淺，則可能造成業(yè)務(wù)中斷或者抖動增大。根據(jù)OTU會產(chǎn)生一個至少256拍的空缺(超強糾錯FEC的位置)，加上2次解映射可能產(chǎn)生的空缺，再加上適當(dāng)?shù)挠嗔?，把FIFO 的深度定義為512。DDS采用頻率控制字CFTW來表示輸出頻率的值，計算公式如下CFTW = R^2N/Fr，其中，F(xiàn)r是DDS芯片的外接參考時鐘頻率，是輸出的時鐘頻率，N是DDS的相位累加器的位數(shù)。N越大，頻率間隔越小。對于GE業(yè)務(wù)時鐘來說，F(xiàn)o = 125MHz。本發(fā)明實施例中，F(xiàn)r =496MHz, N = 32，GE 的標準 CFTW = 125MHz*232/496 = 1082401032。本發(fā)明實施例通過DDS控制模塊，調(diào)節(jié)頻率控制字，獲得異步解映射時鐘。調(diào)整頻率控制字的大小，即可實現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)時鐘的恢復(fù)。DDS狀態(tài)產(chǎn)生模塊主要是根據(jù)FIFO狀態(tài)產(chǎn)生頻率調(diào)整狀態(tài)，F(xiàn)IFO狀態(tài)包括空滿狀態(tài)、快空狀態(tài)、快滿狀態(tài)和正常狀態(tài)。參見圖4所示，DDS控制模塊的工作流程如下步驟Sl 頻率控制字初始化。步驟S2 判斷FIFO是否處于空滿狀態(tài)(即異常狀態(tài))，如果是，則返回步驟Si，即 FIFO處于空滿狀態(tài)時，重新初始化輸出的頻率控制字為GE的標準值，可以使電路自動初始化以及從異常狀態(tài)中恢復(fù)；否則轉(zhuǎn)到步驟S3。步驟S3 當(dāng)FIFO不處于異常狀態(tài)時，進行頻率控制字的加權(quán)平均補償計算假設(shè) CFTff的當(dāng)前平均值為cftw_avg，cftw_avg左移7位為cftw_avg_7，當(dāng)前CFTW值為cftw_ crt, cftw_avg 左移 7 位為 cftw_crt_7,那么力口權(quán)平均值為 cftw_avg-cftw_avg_7+cftw_ crt_7。左移位數(shù)可根據(jù)實際情況進行調(diào)整。左移位數(shù)越多，則當(dāng)前頻率控制字的影響越小。步驟S4 判定FIFO處于何種狀態(tài)當(dāng)FIFO處于快空狀態(tài)時，轉(zhuǎn)到步驟S5a ；當(dāng) FIFO處于正常狀態(tài)時，轉(zhuǎn)到步驟S5b ；當(dāng)FIFO處于快滿狀態(tài)時，轉(zhuǎn)到步驟S5c。步驟S5a =FIFO處于快空狀態(tài)時，輸出的頻率控制字為當(dāng)前頻率控制字值減小 1024。步驟S5b =FIFO處于正常狀態(tài)時，輸出的頻率控制字為頻率控制字的加權(quán)平均值。步驟S5c :FIF0處于快滿狀態(tài)時，輸出的頻率控制字為當(dāng)前頻率控制字增大1024。步驟S6 得到最終頻率控制字。步驟S7 :DDS芯片適配模塊主要是電路與DDS芯片接口的適配電路，是把DDS頻率產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的CFTW配置到DDS芯片。步驟S8 從DDS芯片產(chǎn)生出高質(zhì)量的異步時鐘，參見圖2中的產(chǎn)生時鐘波形。綜上所述，本發(fā)明實施例采用基于DDS的恢復(fù)異步時鐘的方法與電路，利用較少的電路，獲得了高質(zhì)量的異步時鐘，不僅可以用于從OTN中恢復(fù)GE、SDH業(yè)務(wù)時鐘，而且也可用于其他異步映射的時鐘恢復(fù)過程。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。本說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種基于直接數(shù)字式頻率合成器的時鐘恢復(fù)方法，其特征在于包括以下步驟A、緩存業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)從光傳送網(wǎng)OTN中解映射出業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并在OTN時鐘下直接寫入先進先出FIFO存儲器；在FIFO存儲器的讀側(cè)，采用恢復(fù)出的業(yè)務(wù)時鐘進行讀取，送出FIFO狀態(tài)；B、根據(jù)FIFO狀態(tài)產(chǎn)生時鐘頻率調(diào)整狀態(tài)，根據(jù)所述時鐘頻率調(diào)整狀態(tài)產(chǎn)生對應(yīng)的頻率值CFTW ；C、根據(jù)所述CFTW配置直接數(shù)字式頻率合成器DDS芯片；D、DDS芯片輸出相應(yīng)頻率的異步解映射時鐘。
2.如權(quán)利要求1所述的基于直接數(shù)字式頻率合成器的時鐘恢復(fù)方法，其特征在于所述FIFO狀態(tài)包括空滿狀態(tài)、快滿狀態(tài)、快空狀態(tài)和正常狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求2所述的基于直接數(shù)字式頻率合成器的時鐘恢復(fù)方法，其特征在于所述FIFO處于空滿狀態(tài)時，則將DDS芯片輸出的頻率控制字初始化為GE的標準CFTW值。
4.如權(quán)利要求2所述的基于直接數(shù)字式頻率合成器的時鐘恢復(fù)方法，其特征在于所述FIFO處于快滿狀態(tài)時，輸出的頻率控制字為當(dāng)前頻率控制字增大10M。
5.如權(quán)利要求2所述的基于直接數(shù)字式頻率合成器的時鐘恢復(fù)方法，其特征在于所述FIFO處于快空狀態(tài)時，輸出的頻率控制字為當(dāng)前頻率控制字值減小10M。
6.如權(quán)利要求2所述的基于直接數(shù)字式頻率合成器的時鐘恢復(fù)方法，其特征在于所述FIFO處于正常狀態(tài)時，輸出的頻率控制字為頻率控制字CFTW的加權(quán)平均值。
7.如權(quán)利要求6所述的基于直接數(shù)字式頻率合成器的時鐘恢復(fù)方法，其特征在于所述CFTW的加權(quán)平均值的計算過程如下CFTW的當(dāng)前平均值cftw_avg左移η位為cftw_avg_ η,當(dāng)前 CFTW 值 cftw_crt 左移 η 位為 cftw_crt_n，CFTff 的加權(quán)平均值為 cftw_avg_cftw_ avg_n+cftw_crt_n, η 為左移位數(shù)。
8.如權(quán)利要求1至7任一項所述的基于直接數(shù)字式頻率合成器的時鐘恢復(fù)方法，其特征在于所述FIFO的深度為512。
9.如權(quán)利要求1至7任一項所述的基于直接數(shù)字式頻率合成器的時鐘恢復(fù)方法，其特征在于所述CFTW = R^2N/Fr，其中，是DDS芯片的輸出時鐘頻率，F(xiàn)r是DDS芯片的外接參考時鐘頻率，N是DDS的相位累加器的位數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的基于直接數(shù)字式頻率合成器的時鐘恢復(fù)方法，其特征在于 所述 Fo = 125MHz, N = 32，F(xiàn)r = 496MHz,千兆以太網(wǎng) GE 的標準 CFTW = 125*232/496 = 1082401032。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于直接數(shù)字式頻率合成器的時鐘恢復(fù)方法，包括步驟緩存業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)從OTN中解映射出業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并在OTN時鐘下直接寫入FIFO存儲器；在FIFO存儲器的讀側(cè)，采用恢復(fù)出的業(yè)務(wù)時鐘進行讀取，送出FIFO狀態(tài)；根據(jù)FIFO狀態(tài)產(chǎn)生時鐘頻率調(diào)整狀態(tài)，根據(jù)時鐘頻率調(diào)整狀態(tài)產(chǎn)生對應(yīng)的頻率值CFTW；根據(jù)CFTW配置DDS芯片；DDS芯片輸出相應(yīng)頻率的異步解映射時鐘。本發(fā)明的電路時延小，只需要1級平滑，電路相對簡單，設(shè)計適用范圍廣，容易移植；DDS響應(yīng)快，頻率分辨率高，相位變化連續(xù)，能夠得到高質(zhì)量的時鐘；只需要給DDS一個參考時鐘，就可以實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)、不同頻率的時鐘恢復(fù)。
文檔編號H04J3/06GK102510321SQ20111034055
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者戴瑩春, 李光瑜, 李永軍, 魏明 申請人:烽火通信科技股份有限公司