專利名稱：在兩個時鐘域間交換數據信號的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在第一時鐘域和第二時鐘域之間交換數據信號的裝置。
美國專利US5619506描述了脈沖填充同步系統在用同步時鐘信號同步數據信號的過程中等待時間抖動是如何被減小的。該方法包含對脈沖填充比率的監測。如果脈沖填充比率超過了規定的最大比率，則同步時鐘信號的頻率將被改變，所以抖動的量可被減小。
然而，這種方法的缺點是它并不總是可行的或者說不總是允許適配同步時鐘信號。通常在脈沖填充同步系統是主時鐘的情況下這種方法是可行的。此外，填充比特在數據流中引入錯誤。在某些情況下這可能會導致問題發生。在這方面可能會考慮到的是數據信號是音頻采樣的情況。在這種情況下填充比特可能是音頻信號中音頻失真發生的原因。
本發明的目的是當抖動減小時不一定需要時鐘信號的適配也能夠同步來自第一時鐘域中的數據信號與來自第二時鐘域中的時鐘信號。通過一種裝置來達到這個目的，這種裝置包含串行存儲單元和與該串行存儲單元相耦合的并行存儲單元，該串行存儲單元比并行存儲單元多包含至少一個用于該數據信號的存儲位置。
通過互相耦合的并行和串行存儲單元來實現在兩個時鐘域間傳遞數據信號時，由于該串行存儲單元多包含至少一個存儲位置，所以產生了額外的存儲容量。因此過度寫入的比特可被臨時存儲起來。這樣數據丟失得更少并且所需的填充比特也更少。
另一依據本發明的實施方案的特征在于，用于將數據信號寫入到串行存儲單元的第一控制信號能從第一時鐘信號得到，該第一時鐘信號被安排用于在該第一時鐘域中同步該數據信號，還在于用于從并行存儲單元中讀取該數據信號的第二控制信號能從第二時鐘信號得到，該第二時鐘信號被安排用于在第二時鐘域中同步該數據信號。這使得對串行存儲單元的寫入依賴于用于把數據信號讀入到第一時鐘域的第一時鐘信號。從并行存儲單元的讀出依賴于用于第二時鐘域中數據信號同步的第二時鐘信號。
下一個依據本發明的實施方案的特征在于，用于從串行存儲單元中讀取數據信號的第三控制信號能從第一時鐘信號得到，該第一時鐘信號被安排用于在第一時鐘域中同步該數據信號，還在于用于將該數據信號寫入到并行存儲單元中的第四控制信號能從第二時鐘信號得到，該第二時鐘信號被安排用于在第二時鐘域中同步數據信號。結果，用于并行存儲單元寫入的控制信號變得依賴于第二時鐘域中的時鐘信號而串行存儲單元讀出的控制信號變得依賴于來自第一時鐘域的時鐘信號。
另一依據本發明的實施方案的特征在于，該裝置被設計來適配該數據信號的采樣速率。這樣當該信號在每個時鐘域內被以不同的頻率進行采樣時允許時鐘域間交換信號。
又一個依據本發明的實施方案的特征在于，該裝置被設計來改變數據信號的調制方案。這允許在數據信號被不同地調制的時鐘域間傳遞信號。
圖1 顯示了本發明的一種可能的應用，圖2 顯示了幾種抖動影響，圖3 顯示了根據本發明的第一實現方案，圖4 顯示了根據本發明的第二實現方案，圖5 顯示了根據本發明的第三實現方案，圖6 顯示了根據本發明的第四實現方案。
圖1顯示了本發明的一種可能的應用，這里數據信號是音頻采樣。在圖1中一個用戶使用無線頭戴耳機5和另一個使用固定電話7的用戶保持會話。為了使兩個用戶5和7之間有可能通信，必須建立一個在無線頭戴耳機5和固定電話7之間的連接。這個連接由不同的單元組成。開始時，在無線頭戴耳機5和相關聯的收發器19之間的無線連接17被建立，接著在移動電話3和基站1之間的無線連接15被建立。基站1和固定電話7被線路9和7分別連接到公共交換電話網PSTN21。在會話過程中無線頭戴耳機5將把語音轉換成音頻采樣，并把音頻采樣由線路17送到收發器19。反之，無線頭戴耳機5將把它從收發器19接收到的音頻采樣進行解碼并將它們轉換成可聽懂的消息。
在圖1中定義了兩個時鐘域11和13。在這個上下文中提到的時鐘域是一個假定的域，在此域中音頻采樣被同步到一個時鐘信號或來源于此時鐘信號的信號。來自第一時鐘域11的時鐘信號由基站1決定，來自第二時鐘域13中的時鐘信號由無線頭戴耳機5決定。因此，當音頻采樣從一個時鐘域改變到另一個11或13時，該音頻采樣的同步也隨之改變。最后舊時鐘域中現有的同步被解除耦合并被新時鐘域中的同步信號所替代。
圖2顯示了抖動的幾種影響。圖2a)中顯示了參考信號的25個脈沖。圖2b)中顯示了與參考信號同步的第二信號。在這個上下文中同步被理解為信號的兩個連續脈沖總是彼此等距的而且除此之外這些脈沖和參考信號的脈沖總是保持一致的。圖5c)顯示了一個被抖動所影響的信號，即兩個連續脈沖之間的距離不再相等，而更甚者，脈沖不再和參考信號的脈沖保持一致。抖動的特性是它會使時鐘頻率發生短暫的偏移，然而隨著時間的推移時鐘頻率平均起來是穩定的。正是這種特性使得減小抖動對數據信號的影響成為可能。
圖3顯示了一種根據本發明的裝置30，其中數據信號在第一時鐘域11和第二時鐘域13之間傳遞。作為例子假定第一時鐘域中的數據信號有一比特字長。例如，當第一時鐘域中的數據信號是1比特的Delta(增量)編碼調制音頻采樣時就是這種情況。作為例子還假定并行存儲單元有8比特字長，而串行存儲單元被安排多含一個比特。來自第一時鐘域11的數據信號通過輸入31被寫入到串行存儲單元32，該串行存儲單元32由許多互相耦合的緩沖器34按圖示方式組成。為此來自第一時鐘域11的時鐘信號被用來產生必須的寫脈沖信號。隨后，串行寫入的數據信號通過并行存儲單元38和總線40被并行地從第二時鐘域13中讀出。
來自第二時鐘域13的時鐘信號42的脈沖被用以產生所需的讀脈沖。控制裝置44和其它裝置一起避免了寫和讀操作的同時發生，以便總是從穩定的情形開始。此外，控制裝置44驅動傳輸單元48，由其將串行存儲單元32中的數據并行地寫入到并行存儲單元。因為串行存儲單元32比并行存儲單元38多包含一個存儲位置46，由于抖動被錯誤地額外寫入到串行存儲單元32中的數據信號被保存起來直到下一個讀/寫循環。結果沒有數據被丟失。
很顯然對于數據信號不同的字長，串行存儲單元和并行存儲單元也是可能的，并且在本領域中普通的技術人員可以按意愿擴展這里呈現出的結構。此外，存儲單元可以包含不同的額外存儲位置，這依賴于抖動的統計上的期望量。在本實施例的進一步討論中假定數據信號是1比特字長的音頻采樣。
雖然理想情況是在被從第二時鐘域讀出之前首先有8個音頻采樣信號被寫入到串行存儲單元(32)中，但由于抖動的影響，有時寫入比預期更多或更少的音頻采樣的情況也有可能發生。
如果7個音頻采樣被寫入到串行存儲單元32并且如果仍然沒有另外的音頻采樣出現，則一個音頻采樣將會被寫兩次以便仍有8個音頻采樣能夠通過總線40被從第二時鐘域13并行讀出。結果一個采樣錯誤被引入。如果真的有一個音頻采樣出現在串行存儲單元32中，現在這個音頻采樣將被使用以便8個采樣能夠被并行從第二時鐘域13中讀出。
如果8個音頻采樣被寫入到串行存儲單元32并且如果仍然沒有另外的音頻采樣出現，這8個音頻采樣都將會被從第二時鐘域13中讀出。然而如果串行存儲單元中已出現了一個音頻采樣，這個額外的音頻采樣將會被從第二時鐘域13中讀出而最后被串行寫入的采樣信號被保存起來以用在下一個循環。這樣就避免了數據丟失，因為否則將會使這個已經存在的音頻采樣被重寫。在本上下文中可以意識到音頻采樣的順序同樣沒有受到這個處理過程的影響。
如果9個音頻采樣被寫入到串行存儲單元32并且如果還沒有另外的音頻采樣出現，則只有8個音頻采樣被并行寫入。第九個也就是最后一個音頻采樣被保存到額外的存儲位置46中被用到下一個循環。然而如果在串行存儲單元32中已經存在一個音頻采樣，則這個音頻采樣在9個音頻采樣被寫入的這個循環中將會丟失。因此這導致一個錯誤。
圖4顯示了根據本發明的另一裝置50。并行存儲單元52的字長是8比特。串行存儲單元多了一個存儲位置54，因此有9個比特的空間。很明顯串行存儲單元和并行存儲單元的其它字長也是可能的。這依賴于數據信號的類型和統計上的預期抖動。為了說明圖4，假定數據信號是1比特字長的音頻采樣。
無論何種情況和目的，8個音頻采樣通過總線56被并行地寫入到存儲單元52。這8個音頻采樣隨后被并行地寫入到串行存儲單元64、傳遞單元58和復用器60中。后者被控制單元62驅動，其尤其規定了總是從穩定情況開始。這避免了，例如，同時進行的讀和寫操作。一旦這8個音頻采樣并行地寫入到串行存儲單元64中，它們就通過輸出66被串行地從第二時鐘域13中讀出。然而，因為抖動的影響，有時候會有比8個音頻采樣更多或更少的信號被讀出。假定8個音頻采樣已經被并行地寫入到串行存儲單元64中，該裝置的操作過程如下如果串行存儲單元64包含了8個音頻采樣并且如果隨后只有7個音頻采樣被從第二時鐘域中讀出，則1個音頻采樣將會留在串行存儲單元64中。在下一個循環又有8個音頻采樣被寫入到串行存儲單元64中后，串行存儲單元為“滿”。這意味著它包含了9個音頻采樣。
如果串行存儲單元64包含了8個音頻采樣并且如果隨后它們全部被從第二時鐘域中讀出，則這將是一個沒有錯誤的循環。
如果串行存儲單元64僅包含了8個音頻采樣，但是如果有9個音頻采樣被串行讀出，則一個采樣被復制(填充)從而導致采樣錯誤。
如果串行存儲單元64包含了9個音頻采樣并且如果只有7個音頻采樣被讀出，則2個音頻采樣將被留在串行存儲單元64中。如果在下一個循環又有8個音頻采樣從并行存儲單元52寫入到串行存儲單元64，則在這個過程中一個采樣將會丟失，因為串行存儲單元被設計成最大只有9個音頻采樣的存儲空間。
如果串行存儲單元64包含了9個音頻采樣并且如果只有8個音頻采樣被讀出，則一個音頻采樣將被保留，其可在下一個循環中被使用。
如果串行存儲單元64包含了9個音頻采樣并且如果它們全部被從第二時鐘域中讀出，則串行存儲單元64將為空。
通過結合在圖3和圖4中的顯示的實現方案，設計并行-并行和串行-串行的轉換器也是可能的。
圖5顯示了根據本發明的另一實現方案。假定來自第一時鐘域11中的數據信號34被以比來自第二時鐘域13中的數據信號36更高的速率進行采樣。此外，數據信號34被依據不同于來自第二時鐘域中的數據信號的調制方案進行調制。例如，第一時鐘域中的數據信號可能是64KHz Delta編碼調制的音頻采樣，而第二時鐘域中的數據信號是8KHzPCM調制信號。在圖5中來自第一時鐘域11的64KHz Delta編碼調制的音頻采樣被并行地聚集以便它們能夠通過從圖4來的裝置30串行地寫入到第二時鐘域13中。結果是音頻采樣現在被同步到第二時鐘域13中的時鐘信號，但調制方案和時鐘頻率仍然是適配的，確實如此。為此首先音頻采樣的調制方案從Delta調制變成為PCM。這在代碼轉換器74中實現。這樣的代碼轉換器眾所周知，例如，來自藍牙規范V1.1的Part B(B部分)中。隨后音頻采樣的時鐘頻率也被適配。在本例中這意謂著音頻采樣的采樣速率被減少到八分之一。取樣器76被用于這個目的。
圖6顯示了又一個根據本發明的實現方案。在本上下文中假定來自第二時鐘域13中的數據信號83比來自第一時鐘域11中的數據信號81以更高的采樣速率進行采樣。此外，假定數據信號81和數據信號83依據不同的調制方案進行調制。例如，第一時鐘域11中的數據信號81是64KHz Delta編碼調制的音頻采樣，而第二時鐘域13中的數據信號83是8KHz PCM調制的數據信號。假定來自第一時鐘域11中的數據信號(81)被串行地聚集而來自第二時鐘域13中的數據信號83被并行地聚集。由于第一時鐘域11中的數據信號81的采樣速率低于第二時鐘域13中的采樣速率，所以首先該數據信號被過采樣并插值80。接著通過代碼轉換器82，信號的調制方案從PCM調制改變為Delta編碼調制。最后數據信號通過圖5的裝置50寫入第二時鐘域，同時音頻采樣也同步到來自第二時鐘域13的時鐘信號。
不減少數據信號的采樣速率直到數據信號已經被同步到來自第二時鐘域的時鐘信號是可能的。然而，這將意謂著同步將會發生在數據信號具有更低的采樣速率時。數據信號中的瞬時偏移，該信號可能是，例如，音頻采樣，將會導致音頻失真。從這方面來看，則建議不要減小數據信號的采樣速率直到數據信號已被同步到來自第二時鐘域的時鐘信號。很顯然，相反的結論也是正確的，這就是說，如果可行的話在數據信號被同步之前增加數據信號的采樣速率。
術語“一”或“一個”并不排斥“一個或多個”。數據信號可能是音頻信號。
權利要求
1.一種在第一時鐘域和第二時鐘域間進行數據信號交換的裝置，其特征在于，該裝置包含串行存儲單元和耦合到該串行存儲單元的并行存儲單元，該串行存儲單元比該并行存儲單元多包含至少一個用于該數據信號的存儲位置。
2.如權利要求1中要求的裝置，其特征在于，該串行存儲單元被安排用于寫入該數據信號而該并行存儲單元被安排用于讀出該數據信號。
3.如權利要求2中要求的裝置，其特征在于，用于將數據信號寫入到串行存儲單元的第一控制信號能從第一時鐘信號得到，該第一時鐘信號被安排用于在該第一時鐘域中同步該數據信號，用于從并行存儲單元中讀取該數據信號的第二控制信號能從第二時鐘信號得到，該第二時鐘信號被安排用于在第二時鐘域中同步該數據信號。
4.如權利要求1中要求的裝置，其特征在于，串行存儲單元被安排用于讀出數據信號，而并行存儲單元被安排用于寫入數據信號。
5.如權利要求4中要求的裝置，其特征在于，用于從串行存儲單元中讀取數據信號的第三控制信號能從第一時鐘信號得到，該第一時鐘信號被安排用于在第一時鐘域中同步該數據信號，而用于將該數據信號寫入到并行存儲單元中的第四控制信號能從第二時鐘信號得到，該第二時鐘信號被安排用于在第二時鐘域中同步數據信號。
6.如前面任一條權利要求中要求的裝置，其特征在于該裝置被安排用于適配該數據信號的采樣速率。
7.如前面任一條權利要求中要求的裝置，其特征在于，該裝置被安排用于改變該數據信號的調制方案。
8.如前面任一條權利要求中要求的裝置，其特征在于，該數據信號是音頻采樣。
9.一種在第一和第二時鐘域間傳遞數據信號的模塊，該模塊包含在前面權利要求之一中所要求的裝置。
10.一種在第一和第二時鐘域間傳遞數據信號的裝置，該裝置包含在權利要求9中要求的模塊。
全文摘要
一種在第一時鐘域和第二時鐘域之間傳遞數據信號的裝置，它包含相耦合的串行存儲單元和并行存儲單元。該串行存儲單元比該并行存儲單元多包含至少一個額外的用于存儲所述數據信號的存儲位置。
文檔編號H04L7/04GK1706142SQ200380101880
公開日2005年12月7日 申請日期2003年10月6日 優先權日2002年10月25日
發明者H·W·H·德格魯特, R·M·M·H·范德圖伊恩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司