专利名称：具有数据和时钟恢复电路的通信单元的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及通信单元领域，特别是涉及具有定时和数据恢复电路的这种单元。
在很多类型的数字通信系统中，接收机必须与发送的信息同步，以便信息可精确地接收。即，接收机必须知道什么时候期待信息和能够识别该信息为0和1。为了执行这个同步功能，接收机典型地包括定时或时钟恢复电路，这些电路建立信息到达的时钟间隔。信息可以是异步传送的，而时钟恢复系统必须使用输入的数据恢复必要的定时信息。所接收的数据可使用所得到的定时信息再定时。
典型的现有技术时钟恢复系统使用模拟锁相环，使用脉冲的开始或结束恢复定时信息。参见1989年4月11日授予Bergmann等人的美国专利4821897，说明一个示例的定时恢复电路并且一般的讨论现有技术。这个专利引用在这里供参考。但是模拟锁相环有几个缺点1)它们有一个内部振荡器，在混合的模拟/数字电路很难微调；2)它们有闭合的反馈环，可进行处理难予控制的变量；3)受到错误的锁定，即它们可能锁定到信号频率的谐波；4)当接收一个分组时它们相对地慢开启动；5)它们易受低频干扰引入的锁定。低频干扰是假信号。
在检测脉冲中，接收机设定一个阈值电压电平，经常是峰值的百分之五十，高于阈值的信号读为1，而低于阈值的信号读为0。但是，很多传输系统遭受符号间干扰(ISI)。这种干扰可使得所接收的信号大于或者小于它无干扰的值。为了防止由于长的1序列引起的平均幅度的偏移，1经常发送为交替的+1和-1的序列；这称为交替标志反向。如所述的，这可使接收的信号大于或小于所希望的值；由于符号间干扰，定时边缘仍可移动。即，认为在定时边缘有不希望的抖动。
商用文献已建议可使用数字附加取样。但是，在该文献中没有给出任何实现的细节。
根据本发明的示例的实施例，数据通信单元具有接收输入数据脉冲的一个模拟单元；连接到该模拟单元的一个时钟与数据恢复单元；连接到该时钟与数据恢复单元的一个时钟平滑单元和连接到该时钟平滑单元的一个解码器。附加取样时钟接到读时钟与数据恢复单元和该时钟平滑单元。时钟与数据恢复单元确定输入脉冲的中心以便确定输入数据脉冲的定时和从输入数据脉冲恢复时钟及数据。该输入数据信号以比基本数据速率快的速率取样，而且接收机的定时被调整到数据脉冲的中心。由于在脉冲中心的抖动通常小于在脉冲边缘的抖动，定时精度与使用数据信号边缘的定时恢复比较改善了。
图1是根据本发明的收发信机的图解表示；图2是时钟与数据恢复电路结构的图解表示；图3是数据恢复电路的功能流程图；图4是数据恢复电路的功能方框图；图5是时钟与数据恢复电路的输出电路的功能流程图6是时钟与数据恢复电路的输出电路的功能方框图；和图7是用于说明确定脉冲中心的图。
本发明将参照本发明的示例实施例叙述。图1中所示的是表示根据本发明的数据通信单元部件的方框图。所示的是接收单元1、控制逻辑3和发射单元5。控制单元3接到接收单元1和发送单元5。接收单元1有模拟前端11，数据与时钟恢复电路13，时钟平滑电路15和解码器17。模拟前端11是接到接收线路19的变压器。附加取样时钟101接到数据与时钟恢复电路13和时钟平滑电路15。发射单元5有编码器51，定时发生器53和发送驱动器55，发送驱动器55是变压器耦合到发送线路57的。当然，可以有更多的部件。
除了时钟与数据恢复电路外，所示的单元是本领域普通技术人员所熟悉的而不必详细地叙述。数据被接收为0，+1或-1。即，诸如交替符号反向的编码系统用于发送该数据。模拟前端11均衡降低的输入数据并且以选择的阈值限幅该数据。正的和负的限幅数据发送到时钟与数据恢复电路13。恢复的正和负数据，即，PDATA和NDATA与恢复的时钟信号COUT一起被发送到时钟平滑单元15，然后到解码器17。正和负数据RPDATA和RNDATA与恢复的时钟RCLK一起从解码器17输出。
发射单元5的所示单元是本领域技术人员众所周知的。该单元很容易由本领域的技术人员构成和操作无需进一步叙述。
图2详细地示出时钟与数据恢复单元13的结构。时钟与数据恢复单元13包括两个单元数据恢复电路和输出电路。示出了输入到这些单元和从这些单元输出的情况。这些部分将详细地叙述。图3示出数据恢复电路的示例实施例的功能流程图。本领域的技术人员很容易理解和实现该流程图。图4表示用于图3功能流程图的数据恢复电路的功能方框图。该电路的单元被标记了，电路的操作将作叙述。数据取样前端逻辑分别接收称为SDP和SDN的限幅的正及负脉冲，和附加取样的时钟XCLK。附加取样率为OSAMP。产生取样的数据流SD和符号信息SIGN。脉冲计数器PC监视输入数据脉冲的宽度。当输入脉冲满足由“1”(ONES)参数设定的最小脉宽时，脉冲确认逻辑确认输入脉冲为1。“1”参数由应用确定并且可从M到OSAMP—1，这里M大于0。本领域的技术人员很容易选择M的适当值。M值决定该电路的低频干扰抑制特性。脉冲计数器的量值由一个脉冲周期内的最大可能脉冲宽度控制。当收到有效脉冲时，其SIGN信息由符号信息更新逻辑捕获并传送到该输出电路。
定时恢复方法总是试图将脉冲中心与定时中心对齐。但是，所述方法是一般的，或者脉冲的上升沿，或者脉冲的下降沿可与该脉冲周期的中心对齐。存在着一个脉冲周期的OSAMP附加取样。主计数器为Cog2(OSAMP)＋1比特宽，通过将其计数序列中的一半长度的点与该脉中心对准跟踪脉冲周期定时基准，而不管何时在该周期中出现脉冲。这保证脉冲中心总是对准脉冲周期的中心。当有效脉冲结束时，包含在脉冲计数器中的脉宽信息被处理以便得到脉冲中心信息和主计数器设定为值((PC＋1)/2＋OSAMP/2＋1)。这个值反映脉冲中心对准脉冲周期中心。当主计数器达到OSAMP值时，当前脉冲周期被宣布结束，主计数器设定为值1，并且开始下一脉冲周期的定时基准。算术逻辑部件(ALU)有助于估计脉冲中心和脉冲周期中心。
数据恢复FSM控制器逻辑操作取样的数据SD，和由ALU计算的其它脉冲中心有关的信息产生主计数器和脉冲计数器的必要复位和预装入控制。控制器还产生该数据值和输出电路的相关负荷控制，如在以下段落中所叙述的。
图5示出示例的输出电路的功能流程图。本领域的技术人员很容易理解和实现该流程图。图6示出用于图5的功能流程图的输出电路的方框图。输出电路提供恢复的时钟与数据的存储和超时功能。该电路还产生恢复的时钟COUT，它是一个XCLK周期宽及正(PDATA)与负(NDATA)不归零NRZ数。输出电路有一个FIFO，一个FIFO状态监视有限状态机FSM和输出有限状态机控制器逻辑。FIFO包含标记为前景和背景的两个存储单元。每个存储单元有一个存储比特用于该数据与其符号信息。以及一个log2(OSAMP＋1)比特宽计数器跟踪其相关的定时基准。这些计数器从该数据恢复电路接收脉冲周期定时基准并且提供超时功能。这两个计数器与主计数器的量值相同。当前景计数器达到其倒数第二计数时，恢复的时钟脉冲COUT与正PDATD及负NDATA NRZ数据一起被发出。当前景计数器达到其最大计数时，COUT脉冲终止。在这时，背景存储单元的内容移动到它们相应的前景存景存储单元。前景存储单元比背景存储单元具有更高的优选权在于当它是可用时输出更新信息总是指向前景存储单元。
输出FIFO状态监视器FSM跟踪FIFO中的存储单元的空/满状态。空1和空2输出分别与前景和背景存储单元有关。
输出FSM控制器逻辑从数据恢复电路接收该数据、符号和负荷控制信息并且从输出FIFO状态监视器FSM接收FIFO状态信息，和产生用于FIFO的必要负荷控制。
下面说明脉冲中心如何与定时中心对准；在考虑以下叙述之后，其它的对准是可能的并且容易实现。对于偶数的取样数据和附加取样点，虽然可使用其它的惯例，但是使用正好中心的点作为对准点是方便的。如果存在奇数点，则可使用中心点。如果不是脉冲边缘与定时中心对准，则使用上升或下降沿附加取样点。
在说明脉冲中心是如何确定中图5是有用的。假定附加取样率为一个偶数。因此，脉冲定时中心在(OSAMP/2＋1)。如果在附加取样点n1和n1＋(PC－1)开始和结束宽度PC的脉冲；通过均衡该脉冲与定时中心基准点，可以用众所周知的方法确定n1的值。以脉宽和OSAMP表示的值n1由n1＝(1－PC)/2＋(OSAMP/2)＋1给出。通过复位主计算器到脉中结束的值(n1＋PC)，该脉冲处于其周期的中心。对于脉冲上升沿至定时中心对准，n1＝OSAMP/2＋1。对于脉冲下降沿至定时中心对准，n1＋PC－1＝OSAMP/2＋1。
如由上述的定时恢复方法确定的诸如抖动调节，产生抖动和抖动转移函数的模拟性能矩阵对于过程、温度和电位偏差敏感。基于这里所叙述的定时恢复算法，可取得(1/OSAMP)U.I.的产生抖动。U.I.是单位间隔或脉冲周期。使用XCLK的两个定时边缘它可进一步减少到(1/2*OSAMP)U.I.。当转移所有的输入抖动到输出时，时钟恢复对抖动具有大的容限。因此，抖动转移函数接近为1。
在任何定时恢复系统中抖动调节的理论上的最大值是0.5U.I.。这意味着具有脉冲间的相移0.5U.I.的数据可由该定时恢复系统无差错地恢复。但是，这要求一个无限附加取样率(OSAMP)以及输入数据与附加取样时钟/OSAMP之间无频偏。而且，在允许有效脉冲之间一定数量的连续零的应用中，整个峰—峰抖动幅度相移可在最后有效“1”脉冲和下一个有效“1”脉冲之间的时间中出现。因此，对于具有有限附加取样率OSAMP，输入数据与XCLK/OSAMP频率之间的频移“df”ppm和有效“1”脉冲之间“Z”连续零的系统，在严重抖动频率的最坏情况最小抖动调节由下式得出抖动调节(最坏情况)＝(0.5－(1/OSAMP)－df*(Z+1)|Sin[π*fjfd*(Z+1)]|]]>式中，OSAMP＝附加取样率，df＝XCLK/OSAMP与数据率之间以ppm表示的频偏，Z＝有效“1”脉冲之间连续零的数量，fj＝抖动频率，fd＝数据频率。
虽然本发明已参照特定实施例叙述了，本领域的技术人员很容易知道各种变化。例如，数据通信单元可以只有接收部分，发射机是任选地提供的。
权利要求
1.一种数据通信单元，包括适用于接收输入数据脉冲的一个模拟单元(例如11)；连接到所述模拟单元(例如11)的一个时钟与数据恢复单元(例如13)，所述时钟与数据恢复单元(例如13)确定各个输入数据脉冲中心以便确定输入数据脉冲的定时和从该输入数据脉冲恢复时钟和数据；一个时钟平滑单元(例如15)，连接到所述时钟与数据恢复单元(例如13)；一个解码器(例如17)，连接到所述时钟平滑单元(例如15)；一个附加取样时钟(例如101)，连接到所述时钟与数据恢复单元(例如13)和所述时钟平滑单元(例如15)。
2.根据权利要求1的数据通信单元，其中所述时钟与数据恢复单元(例如13)包括一个数据恢复单元和一个输出单元，这两个单元互相连接。
3.根据权利要求2的数据通信单元，其中所述数据恢复单元(例如13)包括脉冲中心确定装置。
4.根据权利要求3的数据通信单元，其中所述数据恢复单元(例如13)包括比特间隔中心确定装置。
5.根据权利要求4的数据通信单元，其中所述数据恢复单元(例如13)包括脉冲中心和比特间隔中心相对定位装置。
6.根据权利要求2的数据通信单元，其中所述数据恢复单元(例如13)包括从所接收数据脉冲的时钟与数据恢复装置。
7.根据权利要求2的数据通信单元，其中所述数据恢复单元(例如13)包括一个计数器，它计算接收的数据脉冲的数据样值数量。
8.根据权利要求2的数据通信单元，其中所述数据恢复单元(例如13)包括脉冲确认逻辑，用于确认超过最小宽度的所接收数据脉冲；所述最小宽度是一变量。
9.根据权利要求2的数据通信单元，其中所述数据恢复单元(例如13)包括一个输出电路，它监视输出脉冲和它们至少两个连续地接收的数据脉冲的定时，该至少两个连续地接收的数据脉冲是输出FIFO的深度。
全文摘要
由于例如符号间干扰引起的与脉冲幅度变化有关的问题通过将定时恢复放置在所接收脉冲的中心而不是在前沿或后沿被克服了，该符号间干扰同样可产生使用脉冲边缘的定时恢复电路中的问题。虽然由于脉冲幅度变化引起的抖动不能消除，但是由于在脉冲中心变化引起的抖动小于脉冲两边缘的抖动，定时恢复改善了。
文档编号H04L7/027GK1128446SQ95118659
公开日1996年8月7日 申请日期1995年9月28日 优先权日1994年9月30日
发明者杰尔·保罗·海因, 拉梅萨布拉曼尼亚姆·拉梅钱德拉 申请人:美国电报电话公司