時鐘數據恢復裝置及方法與流程

本發明屬于信號檢測技術領域，更具體地涉及時鐘數據恢復裝置以及時鐘數據恢復方法。

背景技術：

數據通信中的基帶通信方式是將數據直接發送，而不是經過調制由載波發送，這種基帶通信方式構成了目前遠距離寬帶數據通信的主流。基帶通信一般又可分為并行數據通信和串行數據通信兩種方式，其中，串行數據通信是將字節信號逐位傳輸，并且不使用額外的同步時鐘信號。串行數據通信在很多情況下可以節約系統的成本，因此在遠距離通信中應用較多。

在串行數據通信系統中，接收機不能獨立產生用于發送方與接收方之間的數據同步的時鐘信號，而是從接收到的數據流中恢復出時鐘信號以實現同步操作。時鐘數據恢復電路(Clock and Data Recovery,CDR)負責將接收機接收到的串行數據中的時鐘提取出來，并利用這個時鐘對串行數據采樣生成恢復數據信號，使得后續的串并轉換電路能夠根據該時鐘將采樣得到的恢復數據信號由串行信號轉換為并行信號。因此在串行數據通信系統中，時鐘數據恢復電路在接收機中起著關鍵作用，是工作速率極高的一個電路模塊。時鐘數據恢復電路普遍采用基于鎖相環路的結構，圖1示出根據現有技術的時鐘數據恢復裝置的結構示意圖，時鐘數據恢復裝置100包括：鑒相器101，用于對接收到的數據的相位與采樣時鐘的相位進行比較，并根據兩者之間的相位差值產生誤差信號；環路濾波器102，用于對鑒相器101產生的誤差信號進行累加濾波；以及壓控振蕩器103，用于產生數據采樣的多相時鐘。

在高速的串行數據通信系統中，串行數據會受到數據通道之間的串擾、電路本身的器件噪聲以及電源波動等干擾，任何對串行數據的干擾都會對數據的垂直電壓幅度和水平時間幅度產生波動。因此，為確保時鐘數據恢復電路能夠正確地恢復時鐘與數據，鎖相環路的時鐘相位需要始終跟蹤串行數據的相位。現有的鎖相環路通過調節環路濾波器的比例增益大小來實現環路帶寬的調整，比例增益越大，環路帶寬越大，鎖定的速度就越快，相位跟蹤越及時。然而，隨著環路帶寬的增大，壓控振蕩器輸出的時鐘信號抖動也隨之加大。因此根據壓控振蕩器輸出的時鐘信號進行采樣而得到的采樣數據易出現錯誤，即時鐘數據恢復電路的誤碼率提高。由此可見，在現有的時鐘數據恢復電路中，環路帶寬的提升與誤碼率的降低之間存在矛盾，難以同時兼顧快速的數據相位跟蹤及低的誤碼率。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種時鐘數據恢復裝置以及時鐘數據恢復方法，根據經過不同濾波處理的誤差信號生成兩項時鐘信號，從而能夠在快速跟蹤數據信號變化的情況下控制數據恢復的誤碼率。

根據本發明的一方面，提供一種時鐘數據恢復裝置，包括：鑒相器，用于根據數據信號和時鐘信號的相位關系產生誤差信號，所述時鐘信號至少包括第一時鐘信號和第二時鐘信號；第一環路濾波器，用于對所述誤差信號進行第一環路濾波；第一壓控振蕩器，用于根據經過第一環路濾波的所述誤差信號生成所述第一時鐘信號；第二時鐘信號生成模塊，用于根據所述鑒相器生成的所述誤差信號來生成所述第二時鐘信號。

優選地，所述第二時鐘信號生成模塊包括：低通濾波器，用于對經過第一環路濾波的所述誤差信號進行低通濾波；第二壓控振蕩器，用于根據經過低通濾波的所述誤差信號生成所述第二時鐘信號。

優選地，所述低通濾波器包括積分器。

優選地，所述積分器包括：加法器和對輸入信號進行延遲累加的運算模塊，所述加法器的第一輸入端接收經過第一環路濾波的所述誤差信號，所述加法器的第二輸入端與所述運算模塊的輸出端相連，所述加法器的輸出端與所述運算模塊的輸入端相連。

優選地，所述第二壓控振蕩器包括LC壓控振蕩器、RC壓控振蕩器或晶體壓控振蕩器。

優選地，所述第二時鐘信號生成模塊包括：第二環路濾波器，用于對來自所述鑒相器的所述誤差信號進行第二環路濾波；第二壓控振蕩器，用于根據經過第二環路濾波的所述誤差信號生成所述第二時鐘信號。

優選地，所述第二時鐘信號生成模塊還包括：低通濾波器，用于對經過第二環路濾波的所述誤差信號進行低通濾波，并將經過低通濾波的所述誤差信號發送給所述第二壓控振蕩器。

優選地，所述第一環路濾波器包括：第一倍乘器，用于將所述誤差信號倍乘預設的比例調節系數，以得到第一倍乘誤差信號；第二倍乘器，用于將所述誤差信號倍乘預設的積分調節系數，以得到第二倍乘誤差信號；積分器，用于對所述第二倍乘誤差信號進行累加濾波；加法器，用于將所述第一倍乘誤差信號和經過所述積分器累加濾波的所述第二倍乘誤差信號相加，以獲得經過第一環路濾波的誤差信號。

優選地，所述第二環路濾波器包括：第一倍乘器，用于將來自所述鑒相器的所述誤差信號倍乘預設的比例調節系數，以得到第一倍乘誤差信號；第二倍乘器，用于將來自所述鑒相器的所述誤差信號倍乘預設的積分調節系數，以得到第二倍乘誤差信號；積分器，用于對所述第二倍乘誤差信號進行累加濾波；加法器，用于將所述第一倍乘誤差信號和經過所述積分器累加濾波的所述第二倍乘誤差信號相加，以獲得經過第二環路濾波的誤差信號。

根據本發明的另一方面，提供一種時鐘數據恢復方法，包括：通過鑒相器根據數據信號和時鐘信號的相位關系產生誤差信號，所述時鐘信號至少包括第一時鐘信號和第二時鐘信號；通過第一環路濾波器對所述誤差信號進行第一環路濾波；通過第一壓控振蕩器根據經過第一環路濾波的所述誤差信號生成所述第一時鐘信號；通過第二時鐘信號生成模塊根據所述鑒相器生成的所述誤差信號來生成所述第二時鐘信號。

附圖說明

通過以下參照附圖對本發明實施例的描述，本發明的上述以及其他目的、特征和優點將更為清楚。

圖1示出根據現有技術的時鐘數據恢復裝置的結構示意圖。

圖2示出根據本發明實施例的時鐘數據恢復裝置的結構示意圖。

圖3示出根據本發明實施例的時鐘數據恢復裝置的結構示意圖。

圖4示出根據本發明實施例的時鐘數據恢復裝置的結構示意圖。

圖5示出根據本發明實施例的低通濾波器包括的積分器的結構示意圖。

圖6示出根據本發明實施例的環路濾波器的結構示意圖。

圖7示出根據現有技術的時鐘數據恢復過程中信號間相位關系示意圖。

圖8示出根據現有技術的時鐘數據恢復過程中各信號抖動幅度的示意圖。

圖9示出根據本發明實施例的時鐘數據恢復過程中各信號抖動幅度的示意圖。

圖10示出根據本發明實施例的時鐘數據恢復方法的流程圖。

具體實施方式

以下將參照附圖更詳細地描述本發明。在各個附圖中，相同的元件采用類似的附圖標記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪制。此外，在圖中可能未示出某些公知的部分。

為確保正確地恢復數據信號中的時鐘與數據，至少需要兩項時鐘信號，包括第一時鐘信號和第二時鐘信號。圖7示出根據現有技術的時鐘數據恢復過程中信號間相位關系示意圖，當環路鎖定，第一時鐘信號與數據的翻轉邊沿對齊，第二時鐘信號與數據的中心點對齊。利用第一時鐘信號和第二時鐘信號對數據信號進行采樣得到恢復數據信號。

圖8示出根據現有技術的時鐘數據恢復過程中各信號抖動幅度的示意圖，tc表示第二時鐘信號的抖動幅度，ts表示整個系統的時序裕量(timing margin)，td對應于數據信號在高頻和低頻干擾作用下的抖動幅度，是容易引起誤碼的采樣點。如果時序裕量ts很小，較大的環路帶寬使得第二時鐘信號的抖動幅度tc很大，很容易造成在td對應的采樣點采樣，加上時鐘數據恢復電路自身造成的時鐘信號遲延，極易導致數據恢復的誤碼率增大。

圖2示出根據本發明實施例的時鐘數據恢復裝置的結構示意圖。時鐘數據恢復裝置200包括：鑒相器201、環路濾波器202、低通濾波器203、第一壓控振蕩器204和第二壓控振蕩器205。

鑒相器201用于根據數據信號和時鐘信號的相位關系產生誤差信號，所述時鐘信號至少包括第一時鐘信號和第二時鐘信號。

環路濾波器202用于對所述誤差信號進行環路濾波。

第一壓控振蕩器204用于根據經過環路濾波的所述誤差信號生成所述第一時鐘信號。

低通濾波器203用于對經過環路濾波的所述誤差信號進行低通濾波。

第二壓控振蕩器205用于根據經過低通濾波的所述誤差信號生成所述第二時鐘信號。

在一些實施例中，低通濾波器203可以包括一個積分器。例如，圖5示出根據本發明實施例的低通濾波器包括的積分器的結構示意圖，積分器500包括加法器和對輸入信號進行延遲累加的運算模塊，所述加法器的輸出端與所述運算模塊的輸入端相連，所述運算模塊的輸出端與所述加法器的一個輸入端相連以形成環路。

圖6示出根據本發明實施例的環路濾波器的結構示意圖。在一些實施例中，環路濾波器202可以包括：第一倍乘器2021、第二倍乘器2022、積分器2023和加法器2024。

第一倍乘器2021用于將所述誤差信號倍乘預設的比例調節系數，以得到第一倍乘誤差信號。

第二倍乘器2022用于將所述誤差信號倍乘預設的積分調節系數，以得到第二倍乘誤差信號。

積分器2023用于對第二倍乘誤差信號進行累加濾波。在一些實施例中，積分器2023可以類似于積分器500的結構，以上已經結合圖5對積分器500進行了詳細的說明，在此不再贅述。

加法器2024用于將第一倍乘誤差信號和經過積分器累加濾波的第二倍乘誤差信號相加，以獲得經過環路濾波的誤差信號。

在一些實施例中，第一壓控振蕩器204和第二壓控振蕩器205可以是LC壓控振蕩器、RC壓控振蕩器和晶體壓控振蕩器中的任一種。

圖9示出根據本發明實施例的時鐘數據恢復過程中各信號抖動幅度的示意圖，第一時鐘信號能夠快速跟蹤輸入數據邊沿變化，受低通濾波的作用，第二時鐘信號變化相對緩慢，高頻抖動得到抑制，抖動幅度tc減小，從而降低了數據恢復的誤碼率，提高了對數據信號的正確采樣率。

在本實施例中，根據本發明實施例的時鐘數據恢復裝置及方法，針對兩項時鐘信號性質的不同，對控制兩項時鐘信號生成的誤差信號進行不同的濾波處理。對鑒相器生成的誤差信號進行環路濾波后進行低通濾波，根據經過低通濾波的誤差信號生成第二時鐘信號。在調整環路濾波的比例調節系數得到更大的環路帶寬，以使第一時鐘信號更快地追蹤數據信號的同時，通過對經過環路濾波的誤差信號進行低通濾波，減小了第二時鐘信號的高頻抖動，從而提高了對數據信號的正確采樣率。

圖3示出根據本發明實施例的時鐘數據恢復裝置的結構示意圖。時鐘數據恢復裝置300包括：鑒相器301、第一環路濾波器302、第二環路濾波器303、第一壓控振蕩器304和第二壓控振蕩器305。

鑒相器301用于根據數據信號和時鐘信號的相位關系產生誤差信號，所述時鐘信號至少包括第一時鐘信號和第二時鐘信號。

第一環路濾波器302用于對所述誤差信號進行第一環路濾波。

第二環路濾波器303用于對所述誤差信號進行第二環路濾波。

第一壓控振蕩器304用于根據經過第一環路濾波的所述誤差信號生成所述第一時鐘信號。

第二壓控振蕩器305用于根據經過第二環路濾波的所述誤差信號生成所述第二時鐘信號。

在一些實施例中，第一環路濾波器302和第二環路濾波器303可以類似于環路濾波器202的結構，以上結合圖6已經對環路濾波器202進行了詳細的說明，在此不再贅述。

第一環路濾波器302和第二環路濾波器303可以設置不同的比例調節系數。

在一些實施例中，第一壓控振蕩器204和第二壓控振蕩器205可以是LC壓控振蕩器、RC壓控振蕩器和晶體壓控振蕩器中的任一種。

圖9示出根據本發明實施例的時鐘數據恢復過程中各信號抖動幅度的示意圖，對控制第一時鐘信號產生的誤差信號進行環路帶寬較大的第一環路濾波，使得第一時鐘信號能夠快速跟蹤輸入數據邊沿變化。對控制第二時鐘信號產生的誤差信號進行環路帶寬較小的第二環路濾波，使得第二時鐘信號變化相對緩慢，高頻抖動得到抑制，抖動幅度tc減小，從而降低了數據恢復的誤碼率，提高了對數據信號的正確采樣率。

在本實施例中，針對兩項時鐘信號性質的不同，對控制兩項時鐘信號生成的誤差信號進行不同的濾波處理。對鑒相器生成的誤差信號進行第一環路濾波，根據經過第一環路濾波的誤差信號生成第一時鐘信號，對鑒相器生成的誤差信號進行不同于第一環路濾波的第二環路濾波，根據經過第二環路濾波的誤差信號生成第二時鐘信號，通過控制第二環路濾波的環路帶寬，減小第二時鐘信號的高頻抖動，從而控制數據恢復的誤碼率，提高對數據信號的正確采樣率。

圖4示出根據本發明實施例的時鐘數據恢復裝置的結構示意圖。時鐘數據恢復裝置400包括：鑒相器401、第一環路濾波器402、第二環路濾波器403、低通濾波器404、第一壓控振蕩器405和第二壓控振蕩器406。

鑒相器401用于根據數據信號和時鐘信號的相位關系產生誤差信號，所述時鐘信號至少包括第一時鐘信號和第二時鐘信號。

第一環路濾波器402用于對所述誤差信號進行第一環路濾波。

第二環路濾波器403用于對所述誤差信號進行第二環路濾波。

低通濾波器404用于對經過第二環路濾波的所述誤差信號進行低通濾波。

第一壓控振蕩器405用于根據經過第一環路濾波的所述誤差信號生成所述第一時鐘信號。

第二壓控振蕩器406用于根據經過低通濾波的所述誤差信號生成所述第二時鐘信號。

在一些實施例中，低通濾波器404可以包括一個積分器。例如，圖5示出根據本發明實施例的低通濾波器包括的積分器的結構示意圖，積分器500包括加法器和對輸入信號進行延遲累加的運算模塊，所述加法器的輸出端與所述運算模塊的輸入端相連，所述運算模塊的輸出端與所述加法器的一個輸入端相連以形成環路。

在一些實施例中，第一環路濾波器402和第二環路濾波器403可以類似于環路濾波器202的結構，以上結合圖6已經對環路濾波器202進行了詳細的說明，在此不再贅述。

第一環路濾波器402和第二環路濾波器403可以設置不同的比例調節系數。

在一些實施例中，第一壓控振蕩器405和第二壓控振蕩器406可以是LC壓控振蕩器、RC壓控振蕩器和晶體壓控振蕩器中的任一種。

圖9示出根據本發明實施例的時鐘數據恢復過程中各信號抖動幅度的示意圖，對控制第一時鐘信號產生的誤差信號進行第一環路濾波，使得第一時鐘信號能夠快速跟蹤輸入數據邊沿變化。對控制第二時鐘信號產生的誤差信號進行第二環路濾波，之后對經過第二環路濾波的誤差信號進行低通濾波，通過第二環路濾波和低通濾波的共同作用，使得第二時鐘信號變化相對緩慢，高頻抖動得到抑制，抖動幅度tc減小，從而降低了數據恢復的誤碼率，提高了對數據信號的正確采樣率。

在本實施例中，針對兩項時鐘信號性質的不同，對控制兩項時鐘信號生成的誤差信號進行不同的濾波處理。對鑒相器生成的誤差信號進行第一環路濾波，根據經過第一環路濾波的誤差信號生成第一時鐘信號，對鑒相器生成的誤差信號進行不同于第一環路濾波的第二環路濾波，對經過第二環路濾波的誤差信號再進行低通濾波，根據經過低通濾波的誤差信號生成第二時鐘信號，通過控制第二環路濾波的環路帶寬，并對經過第二環路濾波的誤差信號進行低通濾波，減小了第二時鐘信號的高頻抖動，從而能夠控制數據恢復的誤碼率，提高對數據信號的正確采樣率。

圖10示出根據本發明實施例的時鐘數據恢復方法的流程圖。

在步驟S1中，根據數據信號和時鐘信號的相位關系產生誤差信號，所述時鐘信號至少包括第一時鐘信號和第二時鐘信號。

在步驟S2中，對所述誤差信號進行環路濾波。

在一些實施例中，可以對所述誤差信號分別進行第一環路濾波和第二環路濾波。所述第一環路濾波和所述第二環路濾波的比例調節系數不同。

在步驟S3中，根據經過環路濾波的所述誤差信號生成所述第一時鐘信號。

在一些實施例中，可以根據經過第一環路濾波的所述誤差信號生成所述第一時鐘信號。

在步驟S4中，對經過環路濾波的所述誤差信號進行低通濾波，根據經過低通濾波的所述誤差信號生成所述第二時鐘信號。

在一些實施例中，可以對經過第二環路濾波的所述誤差信號進行低通濾波，再根據經過低通濾波的所述誤差信號生成所述第二時鐘信號。

在一些實施例中，可以對所述誤差信號分別進行第一環路濾波和第二環路濾波。所述第一環路濾波和所述第二環路濾波的比例調節系數不同。當第二環路濾波的比例調節系數小于預設值時，可以不再對經過第二環路濾波的所述誤差信號進行低通濾波。

在本實施例中，針對兩項時鐘信號性質的不同，對控制兩項時鐘信號生成的誤差信號進行不同的濾波處理。可以對鑒相器生成的誤差信號進行環路濾波后進行低通濾波，根據經過低通濾波的誤差信號生成第二時鐘信號。在調整環路濾波的比例調節系數得到更大的環路帶寬，以使第一時鐘信號更快地追蹤數據信號的同時，通過對經過環路濾波的誤差信號進行低通濾波，減小了第二時鐘信號的高頻抖動，控制了數據恢復的誤碼率，提高了對數據信號的正確采樣率。也可以對鑒相器生成的誤差信號進行第一環路濾波，根據經過第一環路濾波的誤差信號生成第一時鐘信號，對鑒相器生成的誤差信號進行不同于第一環路濾波的第二環路濾波，再對經過第二環路濾波的誤差信號進行低通濾波，根據經過低通濾波的誤差信號生成第二時鐘信號，通過第二環路濾波和低通濾波的共同作用，減小第二時鐘信號的高頻抖動，從而控制數據恢復的誤碼率，提高對數據信號的正確采樣率。

應當說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

依照本發明的實施例如上文所述，這些實施例并沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的具體實施例。顯然，根據以上描述，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地利用本發明以及在本發明基礎上的修改使用。本發明僅受權利要求書及其全部范圍和等效物的限制。