專利名稱：產生參考時鐘信號的方法及數據收發系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種數據收發系統，尤其涉及一種產生參考時鐘信號的方法及數據收發系統。
背景技術：
圖1為現有集成芯片(integrated chip)的數據收發器(transceiver)架構。其中，數據收發器100包括鎖相環單元(Phase Lock Loop，PLL) 110、數據發送器 (Transmitter, TX) 120、具有時鐘數據恢復(Clock Data Recovery, CDR)功能的數據接收器(Receiver，RX) 130等前端電路塊。此集成芯片還利用一個石英(crystal)裝置140來產生頻率精確(與目標頻率相差數十PPm)的時鐘信號，用以作為其收發數據時的參考時鐘。詳言之，鎖相環單元110會使用此參考時鐘作為輸入，而產生頻率為參考時鐘頻率的倍數的PLL時鐘輸出。此PLL時鐘即被作為時鐘數據恢復的參考時鐘，而用以產生重新計時 (retimed)的數據流。上述時鐘數據恢復時所產生的時鐘輸出是基于所接收輸入數據流的基本頻率而產生。此外，上述的PLL時鐘也可作為時鐘信號源，而用以發送數據流(原本沒有伴隨時鐘信號)。上述PLL時鐘的參考頻率的準確性(accuracy)在串行數據傳輸(serial datatransmission)中是相當重要的，且僅能容許相當小的頻率誤差。詳言之，此頻率誤差必需滿足給定標準的規格，一般為可允許的最大誤碼率(Bit ErrorRate，BER)。例如，在通用串行總線(Universal Serial Bus，USB) 2· 0 的高速模式(High-Speed Mode, HS Mode)中， 所需的PLL時鐘頻率的精確度為接收(RX)數據流的基本頻率的正負500ppm。雖然商用的石英裝置可產生頻率誤差低于正負IOOppm的時鐘信號，而可作為理想的時鐘信號源，但這種石英裝置的價格昂貴，且會占據較大的電路板空間。
發明內容
本發明提供一種產生參考時鐘信號的方法及數據收發系統，可產生頻率精準的參考時鐘信號，而用以收發數據。本發明提出一種產生參考時鐘信號的數據收發系統，其包括壓控振蕩器、鎖相環單元及數據接收器。其中，壓控振蕩器是用以產生參考時鐘信號。鎖相環單元是連接壓控振蕩器，而用以增加參考時鐘信號的時鐘頻率，以產生鎖相環時鐘信號。數據接收器是連接鎖相環單元及壓控振蕩器，用以接收輸入數據流與鎖相環時鐘信號，并將鎖相環時鐘信號與此輸入數據流的時鐘信號比較，以輸出電壓調整信號至壓控振蕩器，其中壓控振蕩器是根據電壓調整信號調整所產生的參考時鐘信號的時鐘頻率，以將鎖相環單元產生的鎖相環時鐘信號的時鐘頻率鎖定至輸入數據流的時鐘信號的基本頻率。在本發明的一實施例中，上述的數據接收器包括頻率檢測器及鎖頻控制器。其中， 頻率檢測器是用以接收輸入數據流，并將鎖相環時鐘信號的時鐘頻率與輸入數據流的時鐘信號的基本頻率比較，以產生頻率調整信號。鎖頻控制器是用以接收頻率調整信號及鎖相環時鐘信號，以產生電壓調整信號。在本發明的一實施例中，上述的頻率檢測器是在輸入數據流的時鐘信號的基本頻率大于鎖相環時鐘信號的時鐘頻率時，輸出邏輯高的頻率調整信號；而在輸入數據流的時鐘信號的基本頻率小于鎖相環時鐘信號的時鐘頻率時，輸出邏輯低的頻率調整信號。在本發明的一實施例中，上述的鎖頻控制器是在接收到邏輯高的頻率調整信號時，調高電壓調整信號的數值，以控制壓控振蕩器提高參考時鐘信號的時鐘頻率；而在接收到邏輯低的頻率調整信號時，調低電壓調整信號的數值，以控制壓控振蕩器降低參考時鐘信號的時鐘頻率。在本發明的一實施例中，上述的數據接收器包括時鐘數據恢復電路、起始幀解碼器及鎖頻控制器。其中，時鐘數據恢復電路是用以接收輸入數據流及鎖相環時鐘信號，并使用此鎖相環時鐘信號作為參考時鐘，以將所接收的輸入數據流為重新計時數據流。起始幀解碼器是用以找出重新計時數據流的多個幀中每一個幀的起始幀，以產生一個起始幀信號。鎖頻控制器是用以接收起始幀解碼器所產生的這些起始幀信號及鎖相環時鐘信號，并利用鎖相環時鐘信號對這些起始幀信號進行計數，以產生電壓調整信號。在本發明的一實施例中，上述的鎖頻控制器包括將所計數的起始幀信號的數目與標準值比較，而在此數目小于標準值時，調高電壓調整信號的數值，以控制壓控振蕩器提高參考時鐘信號的時鐘頻率；反之，在此數目大于標準值時，調低電壓調整信號的數值，以控制壓控振蕩器降低參考時鐘信號的時鐘頻率。在本發明的一實施例中，上述的壓控振蕩器是根據電壓調整信號，將所產生的參考時鐘信號的時鐘頻率提高或降低一個頻率階級。其中，所述的頻率階級為壓控振蕩器的頻率增益與電壓變化量的乘積。在本發明的一實施例中，上述的數據收發系統還包括數字模擬轉換器，其是配置于壓控振蕩器及數據接收器之間，而用以將數據接收器輸出的電壓調整信號轉換為電壓變化量，以調整壓控振蕩器所產生的參考時鐘信號的時鐘信號。在本發明的一實施例中，上述的數據收發系統還包括數據發送器，其是連接鎖相環單元，而用以接收輸出數據流與鎖相環時鐘信號，并依據此鎖相環時鐘信號發送輸出數據流。本發明提出一種產生參考時鐘信號的方法，其是利用壓控振蕩器產生參考時鐘信號，并增加此參考時鐘信號的時鐘頻率，以產生鎖相環時鐘信號。然后，將鎖相環時鐘信號與輸入數據流的時鐘信號比較，以輸出電壓調整信號，最后則根據此電壓調整信號調整壓控振蕩器所產生的參考時鐘信號的時鐘頻率，以將所產生的鎖相環時鐘信號的時鐘頻率鎖定至輸入數據流的時鐘信號的基本頻率。基于上述，本發明的產生參考時鐘信號的方法及數據收發系統是由在集成芯片中配置獨立的壓控振蕩器以產生參考時鐘信號，并使用所接收輸入數據流的時鐘信號校對此參考時鐘信號的頻率。此校對的結果將反饋至壓控振蕩器，以調整壓控振蕩器所產生的參考時鐘信號的時鐘頻率，使得鎖相環單元所產生的鎖相環時鐘信號的時鐘頻率可鎖定至輸入數據流的時鐘信號的時鐘頻率。因此，本發明可在不使用石英裝置的情況下，獲得頻率精準的鎖相環時鐘信號。為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳細說明如下。
圖1為現有集成芯片的數據收發器的架構。圖2是本發明第一實施例所示的產生參考時鐘信號的數據收發系統的方塊圖。圖3是本發明第一實施例所示的鎖相環單元的范例。圖4是本發明第一實施例所示的鎖相環單元的范例。圖5是本發明第二實施例所示的產生參考時鐘信號的數據收發系統的方塊圖。圖6是本發明第二實施例所示的產生參考時鐘信號的方法流程圖。圖7是本發明第三實施例所示的產生參考時鐘信號的數據收發系統的方塊圖。圖8是本發明第三實施例所示的產生參考時鐘信號的方法流程圖。圖9是本發明第三實施例所示的起始幀令牌的波形圖。主要附圖標記說明100 數據收發器；140 石英裝置；110、220、300、400、520、720 鎖相環單元；120,550,750 數據發送器；910、920 起始幀令牌；130、230、530、730 數據接收器；200,500,700 數據收發系統；210、510、710 壓控振蕩器；302頻率比較器；304相位檢測器；
306頻率增益寄存器；308相位增益寄存器
310加法多路復用器；312減法多路復用器
314加法器；316減法器；
318錨寄存器；320數字控制振蕩器
322數字控制寄存器；324控制器；
402相位頻率檢測器；404電荷泵；
406環濾波器；408電壓控制振蕩器
532頻率檢測器；534、,736 鎖頻控制器540,740 數字模擬轉換器；732 時鐘數據恢復電路；734 起始幀解碼器；900 輸入數據流；S602 612 本發明第二實施例的產生參考時鐘信號方法的步驟；S802 814 本發明第三實施例的產生參考時鐘信號方法的步驟。
具體實施例方式本發明是以一個配置在集成芯片內部的壓控振蕩器取代傳統的石英裝置， 而用以產生發送數據流所需的參考時鐘信號。其中，由于半導體工藝、電壓及溫度 (Process-Voltage-Temperature, PVT)上的變異都會增加振蕩器所產生信號的頻率誤差， 使得振蕩器無法使用在串行數據收發器上。為了補償這些因素對于振蕩器的影響而讓該振蕩器得以應用在集成芯片內，本發明采用一套反饋系統，由將所接收數據流的基本頻率與鎖相環單元(Phase LockLoop, PLL)時鐘頻率比較，以發出頻率調整信號，以調整振蕩器所產生的參考時鐘信號的時鐘頻率，進而獲得頻率較為精準的鎖相環時鐘信號。以下則舉實施例說明本發明產生參考時鐘信號的數據收發系統的運作方式。第一實施例圖2是本發明第一實施例所示的產生參考時鐘信號的數據收發系統的方塊圖。請參照圖2，本實施例的數據收發系統200包括壓控振蕩器210、鎖相環單元220及數據接收器230，其功能分述如下壓控振蕩器210是用以產生參考時鐘信號，其例如是一個電阻/電容(RC)振蕩器、環型(Ring)振蕩器或是電感/電容(LC)振蕩器，可產生參考時鐘信號。鎖相環單元220是連接至壓控振蕩器210，而用以利用壓控振蕩器210輸出的參考時鐘信號，輸出一預定頻率及相位的鎖相環時鐘信號。在本范例實施例中，鎖相環單元220可以以數字式的方式實施。舉例來說，圖3 是本發明第一實施例所示的鎖相環單元的范例。請參照圖3，鎖相環單元300可包含頻率比較器(frequency comparator) 302、相位檢測器(phasedetector) 304、頻率增益寄存器 (frequency gain register) 306、相位增益寄存器(phase gain register) 308、力口法多路復用器(adder MUX) 310、減法多路復用器(substrate MUX) 312、加法器314、減法器316、錨寄存器(anchorregister)318、數字控制振蕩器(Digital Control Oscillator, DC0)320、數字控制寄存器322及控制器324。另一范例實施例中，鎖相環單元220也可以以模擬式或數字模擬混合的方式實施。舉例來說，圖4是本發明第一實施例所示的鎖相環單元的范例。請參照圖4，鎖相環單元400包括相位頻率檢測器(phase frequency detector，PFD)402、電荷泵(charge pump，CP)404、環濾波器(loop filter,LP)406,以及電壓控制振蕩器(voltage controlled oscillator，VC0) 408。其中，Fin為輸入頻率；Rnit為輸出頻率；Vup為電壓上升信號；Vdn 為電壓下降信號；Vlp為電壓信號；Vcp為濾波后的電壓信號。在本文中，由于鎖相環為一本領域技術人員所熟悉的技術，故在此不再多加贅述。數據接收器230是連接鎖相環單元220及壓控振蕩器210，用以接收由外部傳送而來的輸入數據流以及由鎖相環單元220輸出的鎖相環時鐘信號，并將鎖相環時鐘信號與此輸入數據流的時鐘信號比較，以輸出一個電壓調整信號至壓控振蕩器210，以控制壓控振蕩器調整其所產生的參考時鐘信號的時鐘頻率。詳言之，壓控振蕩器210例如是根據電壓調整信號調整其所產生的參考時鐘信號的時鐘頻率，而由重復上述鎖相環單元220產生鎖相環時鐘信號、數據接收器130比較時鐘信號，以及壓控振蕩器210調整時鐘頻率的步驟，最終即可將鎖相環單元220所產生的鎖相環時鐘信號的時鐘頻率鎖定至輸入數據流的時鐘信號的基本頻率。需說明的是，對于上述鎖相環時鐘信號與輸入數據流的時鐘信號的比較，本發明提供兩種范例實施例一種是將鎖相環時鐘信號的時鐘頻率直接與輸入數據流的時鐘信號的基本頻率進行比較，以決定是否增減壓控振蕩器所產生的參考時鐘信號的時鐘頻率；另一種則是計算單位時間內數據流中多個幀的起始幀的個數，以決定是否增減壓控振蕩器所產生的參考時鐘信號的時鐘頻率。以下即針對上述兩種方式各舉一個實施例詳細說明。第二實施例圖5是本發明第二實施例所示的產生參考時鐘信號的數據收發系統的方塊圖。圖6是本發明第二實施例所示的產生參考時鐘信號的方法流程圖。請同時參照圖5及圖6，本實施例的數據收發系統500包括壓控振蕩器510、鎖相環單元520、數據接收器530、數字模擬轉換器540及數據發送器550，其中數據接收器530還包括頻率檢測器532及鎖頻控制器 534。以下即使用上述各個元件說明本發明參考時鐘信號產生方法的詳細步驟首先，利用壓控振蕩器510產生參考時鐘信號(步驟S602)。此壓控振蕩器510例如是一個電阻/電容(RC)振蕩器、環型(Ring)振蕩器或是電感/電容(LC)振蕩器，可產生參考時鐘信號。而此時壓控振蕩器510所產生的參考時鐘信號例如為一預定值，而由后方的電路逐漸校正。接著，利用鎖相環單元520增加由壓控振蕩器510輸出的參考時鐘信號的時鐘頻率f(ref_n)，而產生鎖相環時鐘信號f(pll)(步驟S604)，其中f(pll) = M*f (ref_n)，M為一大于1的數值。然后，由數據接收器530利用頻率檢測器532接收由外部傳送而來的輸入數據流以及由鎖相環單元520傳送而來的鎖相環時鐘信號，并將鎖相環時鐘信號的時鐘頻率與此輸入數據流的時鐘信號的基本頻率比較，以產生頻率調整信號(步驟S606)。詳言之，數據接收器530是利用頻率檢測器532比較鎖相環時鐘信號的時鐘頻率與此輸入數據流的時鐘信號后產生頻率調整信號，因此使得鎖相環時鐘信號的時鐘頻率接近輸入數據流的時鐘信號。其中，此頻率檢測器532可為一旋轉頻率檢測器(Rotational Frequency Detector)、寬頻檢測器(Wide Range Frequency Detector)、差分頻率檢測器(DifferentialFrequency Detector) ^ Is — ffi i ^ ^ IlJ ^ (Digital QuadricorrelatorFrequency Detector)。此外，在一實施例中，頻率檢測器532例如是在鎖相環時鐘信號的時鐘頻率小于輸入數據流的時鐘信號的基本頻率時，輸出一個邏輯高的頻率調整信號，以調高頻率；而在鎖相環時鐘信號的時鐘頻率大于輸入數據流的時鐘信號的基本頻率時，輸出一個邏輯低的頻率調整信號，以調低頻率。此外，在另一實施例中，頻率檢測器532例如是由輸出一組頻率增加信號及頻率減少信號來調整頻率，其中在鎖相環時鐘信號的時鐘頻率小于輸入數據流的時鐘信號的基本頻率時，輸出一個邏輯高的頻率增加信號以及一個邏輯低的頻率減少信號，以調高頻率；在鎖相環時鐘信號的時鐘頻率大于輸入數據流的時鐘信號的基本頻率時，輸出一個邏輯低的頻率增加信號以及一個邏輯高的頻率減少信號，以調低頻率。但是本發明不限于上述兩種方式。上述的頻率調整信號是輸出至鎖頻控制器534，而鎖頻控制器534除了接收此頻率調整信號之外，還接收由鎖相環單元520產生的鎖相環時鐘信號，并根據此頻率調整信號及鎖相環時鐘信號，產生電壓調整信號(步驟S608)。詳言之，鎖頻控制器534例如是在接收到由頻率檢測器532輸出的邏輯高的頻率調整信號時，調高電壓調整信號的數值，以控制壓控振蕩器510提高參考時鐘信號的時鐘頻率；而在接收到由頻率檢測器532輸出的邏輯低的頻率調整信號時，調低電壓調整信號的數值，以控制壓控振蕩器510降低參考時鐘信號的時鐘頻率。舉例來說，如圖5所示，鎖頻控制器534例如會產生一個N位的電壓調整信號 FREQ_D,并依據頻率檢測器532輸出的頻率調整信號增加或減少此電壓調整信號FREQ_D的數值。
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此N位的電壓調整信號FREQ_D接著會傳送至數字模擬轉換器M0，而由數字模擬轉換器540轉換為模擬的電壓變化量VA (步驟S610)，而可用以調整壓控振蕩器510所產生的參考時鐘信號的時鐘頻率。詳言之，壓控振蕩器510是根據數字模擬轉換器540輸出的電壓變化量VA，將其所產生的參考時鐘信號的時鐘頻率提高或降低一個頻率階級，并輸出調整后的參考時鐘信號(步驟S612)。上述的頻率階級例如是壓控振蕩器510的頻率增益Kf與電壓變化量VA 的乘積，而上述調整后的參考時鐘信號的時鐘頻率f (ref_t_n)即為原時鐘頻率f (ref_t_ n-1)加上頻率增益Kf與電壓變化量VA的乘積，即f (ref_t_n) = f (ref_t_n_l)+Kf*VA。上述調整后的參考時鐘信號則會輸入鎖相環單元520，而再由鎖相環單元520增加此調整后的參考時鐘信號的時鐘頻率，以產生鎖相環時鐘信號(步驟S604)，而由重復上述鎖相環單元520產生鎖相環時鐘信號、數據接收器530比較時鐘信號、數字模擬轉換器 540轉換電壓調整信號，以及壓控振蕩器510調整時鐘頻率的步驟，最終即可將鎖相環單元 520所產生的鎖相環時鐘信號的時鐘頻率鎖定至輸入數據流的時鐘信號的基本頻率，使得此鎖相環時鐘信號可作為一個頻率較為精準的時鐘信號源，而提供給數據發送器550以發送輸出數據流。詳言之，數據發送器550是連接至鎖相環單元520，而且可接收輸出數據流以及由鎖相環單元520產生的鎖相環時鐘信號，而依據此鎖相環時鐘信號發送輸出數據流。由上述的反饋機制，本實施例的鎖相環單元520可將其所產生的鎖相環時鐘信號的時鐘頻率鎖定至輸入數據流的時鐘信號的基本頻率或其一預定倍數，因此能夠將鎖相環時鐘信號的頻率誤差縮減(如IOOppm)，進而取代傳統的石英裝置，而作為集成芯片內部的參考信號源。第三實施例另一方面，本發明也可利用通用串行總線(Universal Serial Bus, USB) 2. 0規格中所定義的起始幀6tart-0f-Frame，SOF)令牌(Token)，來比較鎖相環時鐘信號與輸入數據流的時鐘信號，以調整壓控振蕩器所產生的參考時鐘信號的時鐘頻率。圖7是本發明第三實施例所示的產生參考時鐘信號的數據收發系統的方塊圖。圖 8是本發明第三實施例所示的產生參考時鐘信號的方法流程圖。請同時參照圖7及圖8，本實施例的數據收發系統700包括壓控振蕩器710、鎖相環單元720、數據接收器730、數字模擬轉換器740及數據發送器750，其中數據接收器730還包括時鐘數據恢復電路732、起始幀解碼器734及鎖頻控制器736。上述各個元件的功能分述如下首先，利用壓控振蕩器710產生參考時鐘信號f (ref_tn)(步驟S802)，而鎖相環單元720是連接至壓控振蕩器710，而用以增加由壓控振蕩器710輸出的參考時鐘信號的時鐘頻率，以產生鎖相環時鐘信號(步驟S804)。其中，壓控振蕩器710與鎖相環單元720的功能是與第二實施例中的壓控振蕩器510與鎖相環單元520相同，在此不再贅述。與第二實施例不同的是，本實施例的數據收發系統700是利用時鐘數據恢復電路 (clock and data recovery circuit) 732接收由外部傳送而來的輸入數據流以及由鎖相環單元720產生的鎖相環時鐘信號，而使用此鎖相環時鐘信號作為參考時鐘，將所接收的輸入數據流轉換為重新計時(Retimed)數據流(步驟S806)。其中在本范例實施例中，時鐘數據恢復電路732可為超取樣數據恢復電路(oversampling data recovery circuit)，但在另一范例實施例中，其也可為突發式時鐘與數據恢復電路(burst-mode clock and data recoverycircuit)或其他類型用以將接收數據的時鐘及數據還原出來的電路。接著，由起始幀解碼器734找出此重新計時數據流的多個幀中每一個幀的起始幀，而產生起始幀信號(步驟S808)。詳言之，外部USB裝置或USB集線器(Hub)在高速模式下產生或傳輸數據流時，會在每一個幀的數據包前頭加入一個起始幀令牌，以供數據接收器判讀各個幀的起點。舉例來說，圖9是本發明第三實施例所示的起始幀令牌的波形圖。其中，圖9示出輸入數據流900中的幀N與幀N-I，而在這兩個幀的數據包的前頭，即會分別加入起始幀令牌910、920，以供數據接收器判讀幀N與幀N-1。其中，在本范例實施例中，可依USB 2.0 的規格，起始幀令牌910、920之間的間隔為125微秒(micro-second)，而誤差范圍為正負 500ppm，但此間隔也可為225微秒或依不同的規格而設定，并不以此為限。本實施例即由鎖頻控制器736接收由起始幀解碼器734所產生的起始幀信號以及由鎖相環單元720產生的鎖相環時鐘信號，而利用此鎖相環時鐘信號來計數起始幀信號， 以產生電壓調整信號(步驟S810)。詳言之，鎖頻控制器736例如是將其所計數的起始幀信號的數目與一個標準值比較，而在此數目小于標準值時，即調高電壓調整信號的數值，以控制壓控振蕩器710提高參考時鐘信號的時鐘頻率；反之，在此數目大于標準值時，則調低電壓調整信號的數值，以控制壓控振蕩器710降低參考時鐘信號的時鐘頻率。舉例來說，假設標準鎖相環時鐘信號的時鐘頻率為480兆赫茲(MHz)，而起始幀令牌之間的間隔為125微秒，則在一個鎖相環單元時鐘周期內的起始幀令牌的計數應為 60000。然而，在實際狀況下，若鎖相環時鐘信號的時鐘頻率小于480MHz，則在一個鎖相環單元時鐘周期內的起始幀令牌的計數將會小于60000，此時鎖頻控制器需由調高電壓調整信號的數值，而控制壓控振蕩器提高參考時鐘信號的時鐘頻率；反之，若鎖相環時鐘信號的時鐘頻率大于480MHz，則在一個鎖相環單元時鐘周期內的起始幀令牌的計數將會大于 60000，此時鎖頻控制器需由調低電壓調整信號的數值，而控制壓控振蕩器降低參考時鐘信號的時鐘頻率。由上述調整方式，最終即可使得鎖相環時鐘信號的時鐘頻率趨近于標準狀態下的480MHz。此外，如同第二實施例所述，本實施例的鎖頻控制器736例如會產生一個N位的電壓調整信號FREQ_D，并依據頻率檢測器532輸出的頻率調整信號增減此電壓調整信號 FREQ_D的數值。接著，由數字模擬轉換器740將此電壓調整信號FREQ_D轉換為模擬的電壓變化量VA (步驟S812)，而用以控制壓控振蕩器510調整其所產生的參考時鐘信號的時鐘頻率(步驟S814)。詳細的調整方式請參照第二實施例，在此不再贅述。上述調整后的參考時鐘信號則會輸入鎖相環單元720，而再由鎖相環單元720增加此調整后的參考時鐘信號的時鐘頻率，以產生鎖相環時鐘信號(步驟S804)，而由重復上述鎖相環單元720產生鎖相環時鐘信號、數據接收器730比較時鐘信號、數字模擬轉換器 740轉換電壓調整信號，以及壓控振蕩器710調整時鐘頻率的步驟，最終即可將鎖相環單元 720所產生的鎖相環時鐘信號的時鐘頻率鎖定至輸入數據流的時鐘信號的基本頻率，使得此鎖相環時鐘信號可作為一個頻率精準的時鐘信號源，而提供給數據發送器750以發送輸出數據流。
需說明的是，上述第二實施例與第三實施例的架構也可整合在同一個數據收發系統中，而可由檢測起始幀以決定采用何種方式進行調整。其中，當檢測出起始幀時，即采用時鐘數據恢復電路的路徑，計算單位時間內數據流中多個幀的起始幀的個數，以決定是否增減壓控振蕩器所產生的參考時鐘信號的時鐘頻率；反之，則采用頻率檢測器的路徑，將鎖相環時鐘信號的時鐘頻率直接與輸入數據流的時鐘信號的基本頻率進行比較，以決定是否增減壓控振蕩器所產生的參考時鐘信號的時鐘頻率。綜上所述，本發明的產生參考時鐘信號的方法及數據收發系統是由將鎖相環單元所產生的鎖相環時鐘信號與輸入數據流的時鐘信號比較，以判斷鎖相環時鐘信號是否準確，并由反饋機制將判斷結果反饋至產生參考時鐘信號的壓控振蕩器，以調整所產生的參考時鐘信號的時鐘頻率。經由多次的比較、反饋及調整步驟，最終即可將鎖相環時鐘信號的時鐘頻率鎖定至輸入數據流的時鐘信號的基本頻率，并使得鎖相環時鐘信號的頻率誤差符合標準規格。據此，本發明即可以一個可配置在集成芯片中的壓控振蕩器取代傳統的石英裝置，而降低集成芯片的制作成本。雖然本發明已以實施例揭示如上，但其并非用以限定本發明，任何所屬技術領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，可作任意改動或等同替換，故本發明的保護范圍當以本申請權利要求所界定的范圍為準。
權利要求
1.一種產生參考時鐘信號的數據收發系統，包括 一壓控振蕩器，用以產生一參考時鐘信號；一鎖相環單元，連接該壓控振蕩器，用以增加該參考時鐘信號的一時鐘頻率，以產生一鎖相環時鐘信號； 以及一數據接收器，連接該鎖相環單元及該壓控振蕩器，用以接收一輸入數據流與該鎖相環時鐘信號，并將該鎖相環時鐘信號與該輸入數據流的一時鐘信號比較，以輸出一電壓調整信號至該壓控振蕩器，其中該壓控振蕩器根據該電壓調整信號調整所產生的該參考時鐘信號的時鐘頻率，以將該鎖相環單元產生的該鎖相環時鐘信號的時鐘頻率鎖定至該輸入數據流的該時鐘信號的一基本頻率。
2.根據權利要求1所述的數據收發系統，其中該數據接收器包括一頻率檢測器，用以接收該輸入數據流，并比較該鎖相環時鐘信號的時鐘頻率及該輸入數據流的該時鐘信號的該基本頻率，以產生一頻率調整信號； 以及一鎖頻控制器，用以接收該頻率調整信號及該鎖相環時鐘信號，以產生該電壓調整信號。
3.根據權利要求2所述的數據收發系統，其中該頻率檢測器包括在該輸入數據流的該時鐘信號的該基本頻率大于該鎖相環時鐘信號的時鐘頻率時，輸出一邏輯高的該頻率調整信號； 以及在該輸入數據流的該時鐘信號的該基本頻率小于該鎖相環時鐘信號的時鐘頻率時，輸出一邏輯低的該頻率調整信號。
4.根據權利要求3所述的數據收發系統，其中該鎖頻控制器包括在接收到該邏輯高的該頻率調整信號時，調高該電壓調整信號的一數值，以控制該壓控振蕩器提高該參考時鐘信號的時鐘頻率； 以及在接收到該邏輯低的該頻率調整信號時，調低該電壓調整信號的該數值，以控制該壓控振蕩器降低該參考時鐘信號的時鐘頻率。
5.根據權利要求1所述的數據收發系統，其中該數據接收器包括一時鐘數據恢復電路，接收該輸入數據流及該鎖相環時鐘信號，并使用該鎖相環時鐘信號作為參考時鐘，以轉換所接收的該輸入數據流為一重新計時數據流；一起始幀解碼器，找出該重新計時數據流的多個幀中每一幀的一起始幀，以產生一起始幀信號； 以及一鎖頻控制器，接收該起始幀解碼器所產生的所述起始幀信號及該鎖相環時鐘信號， 并利用該鎖相環時鐘信號計數所述起始幀信號，以產生該電壓調整信號。
6.根據權利要求5所述的數據收發系統，其中該鎖頻控制器包括將所計數的所述起始幀信號的一數目與一標準值比較，其中在該數目小于該標準值時，調高該電壓調整信號的一數值，以控制該壓控振蕩器提高該參考時鐘信號的時鐘頻率；以及在該數目大于該標準值時，調低該電壓調整信號的該數值，以控制該壓控振蕩器降低該參考時鐘信號的時鐘頻率。
7.根據權利要求1所述的數據收發系統，其中該壓控振蕩器包括根據該電壓調整信號，將所產生的該參考時鐘信號的時鐘頻率提高或降低一頻率階級。
8.根據權利要求7所述的數據收發系統，其中該頻率階級為該壓控振蕩器的一頻率增益與一電壓變化量的乘積。
9.根據權利要求8所述的數據收發系統，還包括一數字模擬轉換器，配置于該壓控振蕩器及該數據接收器之間，轉換該數據接收器輸出的該電壓調整信號為該電壓變化量，以調整該壓控振蕩器所產生的該參考時鐘信號的時鐘頻率。
10.根據權利要求1所述的數據收發系統，還包括一數據發送器，連接該鎖相環單元，接收一輸出數據流與該鎖相環時鐘信號，并依據該鎖相環時鐘信號發送該輸出數據流。
11.一種產生參考時鐘信號的方法，包括下列步驟利用一壓控振蕩器產生一參考時鐘信號；增加該參考時鐘信號的一時鐘頻率，以產生一鎖相環時鐘信號；將該鎖相環時鐘信號與一輸入數據流的一時鐘信號比較，以輸出一電壓調整信號；以及根據該電壓調整信號調整該壓控振蕩器所產生的該參考時鐘信號的時鐘頻率，以將所產生的該鎖相環時鐘信號的時鐘頻率鎖定至該輸入數據流的該時鐘信號的一基本頻率。
12.根據權利要求11所述的方法，其中將該鎖相環時鐘信號與該輸入數據流的該時鐘信號比較，以輸出該電壓調整信號的步驟包括接收該輸入數據流，并比較該鎖相環時鐘信號的時鐘頻率及該輸入數據流的該時鐘信號的該基本頻率，以產生一頻率調整信號；以及接收該頻率調整信號及該鎖相環時鐘信號，以產生該電壓調整信號。
13.根據權利要求12所述的方法，其中比較該鎖相環時鐘信號的時鐘頻率及該輸入數據流的該時鐘信號的該基本頻率，以產生該頻率調整信號的步驟包括在該輸入數據流的該時鐘信號的該基本頻率大于該鎖相環時鐘信號的時鐘頻率時，輸出一邏輯高的該頻率調整信號；以及在該輸入數據流的該時鐘信號的該基本頻率小于該鎖相環時鐘信號的時鐘頻率時，輸出一邏輯低的該頻率調整信號。
14.根據權利要求13所述的方法，其中接收該頻率調整信號及該鎖相環時鐘信號，以產生該電壓調整信號的步驟包括在接收到該邏輯高的該頻率調整信號時，調高該電壓調整信號的一數值，以控制該壓控振蕩器提高該參考時鐘信號的時鐘頻率；以及在接收到該邏輯低的該頻率調整信號時，調低該電壓調整信號的該數值，以控制該壓控振蕩器降低該參考時鐘信號的時鐘頻率。
15.根據權利要求11所述的方法，其中將該鎖相環時鐘信號與該輸入數據流的該時鐘信號比較，以輸出該電壓調整信號的步驟包括接收該輸入數據流及該鎖相環時鐘信號，并使用該鎖相環時鐘信號作為參考時鐘，以轉換所接收的該輸入數據流為一重新計時數據流；找出該重新計時數據流的多個幀中每一幀的一起始幀，以產生一起始幀信號；以及接收所述起始幀信號及該鎖相環時鐘信號，并利用該鎖相環時鐘信號計數所述起始幀信號，以產生該電壓調整信號。
16.根據權利要求15所述的方法，其中利用該鎖相環時鐘信號計數所述起始幀信號， 以產生該電壓調整信號的步驟包括將所計數的所述起始幀信號的一數目與一標準值比較；在該數目小于該標準值時，調高該電壓調整信號的一數值，以控制該壓控振蕩器提高該參考時鐘信號的時鐘頻率；以及在該數目大于該標準值時，調低該電壓調整信號的該數值，以控制該壓控振蕩器降低該參考時鐘信號的時鐘頻率。
17.根據權利要求11所述的方法，其中根據該電壓調整信號調整該壓控振蕩器所產生的該參考時鐘信號的時鐘頻率的步驟包括根據該電壓調整信號，將該壓控振蕩器所產生的該參考時鐘信號的時鐘頻率提高或降低一頻率階級。
18.根據權利要求17所述的方法，其中該頻率階級為該壓控振蕩器的一頻率增益與一電壓變化量的乘積。
19.根據權利要求18所述的方法，其中在將該鎖相環時鐘信號與該輸入數據流的該時鐘信號比較，以輸出該電壓調整信號的步驟之后，還包括轉換該電壓調整信號為該電壓變化量，以調整該壓控振蕩器所產生的該參考時鐘信號的時鐘頻率。
20.根據權利要求18所述的方法，其中在根據該電壓調整信號調整該壓控振蕩器所產生的該參考時鐘信號的時鐘頻率，以將所產生的該鎖相環時鐘信號的時鐘頻率鎖定至該輸入數據流的該時鐘信號的該基本頻率的步驟之后，還包括依據該鎖相環時鐘信號發送一輸出數據流。
全文摘要
本發明提供一種產生參考時鐘信號的方法及數據收發系統，此數據收發系統包括壓控振蕩器、鎖相環單元及數據接收器。其中，壓控振蕩器是用以產生參考時鐘信號。鎖相環單元是用以增加參考時鐘信號的時鐘頻率，以產生鎖相環時鐘信號。數據接收器是用以接收輸入數據流與鎖相環時鐘信號，并將鎖相環時鐘信號與此輸入數據流的時鐘信號比較，以輸出電壓調整信號至壓控振蕩器，其中壓控振蕩器是根據電壓調整信號調整所產生的參考時鐘信號的時鐘頻率，以將鎖相環單元產生的鎖相環時鐘信號的時鐘頻率鎖定至輸入數據流的時鐘信號的基本頻率。
文檔編號H04B1/38GK102315849SQ20101022005
公開日2012年1月11日 申請日期2010年7月1日 優先權日2010年7月1日
發明者鄭文隆, 陳安忠, 陳維詠 申請人:群聯電子股份有限公司