专利名称：异步信号选择路径的系统和方法
技术领域：
本发明涉及路由器，特别是涉及使异步信号沿路径传输的广播路由器。
背景技术：
路由器包括使出现在路由器输入端的一个或多个信号沿路径传输到一个或多个输出端的装置。广播业中使用的路由器主要是应用至少第一路由器部分，该路由器部分具有连接在至少一个扩展模块上的多个路由器模块(也称为矩阵卡)。扩展模块将第一路由器的底盘连接到一个或多个第二路由器部分，使信号进一步沿路径传输。许多广播路由器，尤其是那些可线性扩展的路由器，使异步信号沿路径传输。由这种可线性扩展的路由器沿路径传输的异步信号需要在整个路径始终有精确的时钟信号，以保持被传输数据的完整性。对于异步信号而言，一个位置和另一个位置的时钟频率差会造成信号损坏以及由信号所表示的数据的丢失。即使是小到百万分之一(PPM)的时钟频率差也会对数据产生不期望的影响。典型的数据损坏例子包括重复的或被丢弃的信号样本。
随着可线性扩展路由器复杂程度的增加，给各种元件提供精确且同步的时钟信号的问题变得更为艰难。为了讨论，时钟信号组成一个在高电平状态和低电平状态之间以设定好的间隔进行振荡的信号。典型的时钟信号以50％的占空比进行振荡。但是，通常也应用具有其它占空比的时钟。使用时钟信号进行同步的电路在时钟信号的上升沿或下降沿中的一个位置被激活。
所谓的“时钟复用器(clock multiplexer)”是指一个电路，典型地存在于可线性扩展的路由器中，用于从多个可用的时钟信号中选择至少一个时钟信号。被选中的时钟信号用于触发其它元件。当在可用的时钟信号中选择时，被时钟复用器选中的输出信号应该不包括任何不明脉冲。不明脉冲例如出现在选中的时钟信号进行中断的时候。这种中断可以包括丢失时钟信号和不能如期切换状态的时钟信号。有时候输入时钟信号会不确定地“陷”在一个逻辑状态或者另一个逻辑状态。这种中断会频繁产生不明脉冲，包括矮脉冲、短脉冲、持续时间不定的脉冲、毛刺、尖峰及类似脉冲。
试图避免在时钟复用器的输出端处出现不明脉冲的现有技术包括所谓的“安全”时钟复用器。典型的安全时钟复用器以有顺序的方式从当前选中的输入端切换到下一个被选中的输入端。因此，直到选中的输入时钟信号过渡到一个已知状态，并且后继被选中的时钟信号过渡到与前一个被选中的时钟信号相同的状态时，安全复用器才开始切换。
然而，现有技术的安全时钟复用器有些不足。例如，如果当前选中的时钟信号不能过渡到一个已知的时钟状态时，安全时钟复用器经常会不能够切换到另一个时钟信号。现有技术的安全时钟复用器不能够容许这些及其它类型的时钟中断。
因此，需要一种克服前述的缺点，从一组时钟信号中选择一个时钟信号的技术，诸如在可线性扩展的路由器内。
发明内容
简言之，根据本发明原理的一个优选实施例，提供一种从至少第一和第二时钟信号中选择时钟信号的方法。该方法通过检测第一时钟信号没有改变状态，以及通过检测第二时钟信号没有改变状态来实现。从第一和第二时钟信号以及振荡信号中进行选择，部分基于第一和第二时钟信号中是否至少有一个已经跳转。
图1图示根据本发明原理实施例的路由器方块示意图；图2图示图1路由器输入和输出模块的第一种可选布局。
图3图示图1路由器输入和输出模块的第二种可选布局。
图4图示图1路由器输入和输出模块的第三种可选布局。
图5图示用于图1路由器的第一时钟选择电路网络；图6描述用于图1路由器的第二时钟选择电路网络；图7是描述图5和图6中时钟选择电路实施例的方块示意图；图8是描述图4的选择电路中所用的安全时钟复用器系统。
具体实施例方式
图1描述根据本发明原理的优选实施例的广播路由器100的方块示意图。在一个优选实施例中，路由器100包括至少一个，且优选的是多个输入模块4021，4022…402x，其中x是大于零的整数，以及至少一个，且优选的是多个输出模块4041…404y，其中y为整数。每个输入模块，例如输入模块4021，包括至少一个，优选的是多个输入卡4061，4062…406z，其中z是大于零的整数。每个输入卡至少具有一个，优选的是多个输入端，以接收信号用于复用为一个输出信号。不同的输入卡典型的是具有不同的信号接收能力，以提供从多个信号源接收信号的功能。每个输入模块如输入模块4021内的扩展卡408将输入卡4061-406z输出的信号复用为一个输出信号。
每个第二模块，例如第二模块4041，具有一个矩阵410卡，将从一个或多个输入模块输入的信号进行分解以传输到至少一个，且优选的是多个输出卡4121，4122…412p，其中p是大于零的整数。每个输出卡将一个或多个输出信号传输到一个或多个外部装置(图中未示)。控制卡414根据外部控制信号C控制矩阵卡410，使矩阵卡在各个输出卡4121-412p之间沿路径传输其输出信号。通过这种方式，矩阵卡410能够基于外部控制信号C实现沿路径传输。
图1的路由器100的每个输入模块4021，4022…402x被连接到每个输出模块4041，4042…404y。也可能有其它布局。图2图示图1路由器100的输入和输出卡的第一种可替换的布局，其中输入模块和输出模块被布置为具有相同数目的输入模块和输出模块。图3图示图1路由器100的输入和输出模块的第二种可替换布局，其中输入模块比输出模块多。图4图示图1路由器100的输入和输出模块的第三种可替换布局，其中输出模块比输入模块多。
图1的输入模块4021-402x和输出模块4041-404y典型的是每个模块至少包括时钟模块5001-500n中的一个，其中n≥x+y，每个时钟模块更为详细的结构在图5中描述。实际上，单独的时钟模块可以存在于图1的每个输入和输出模块中的一个或多个元件中。而且，时钟模块5001-500n中的一个或多个可以作为独立的模块元件存在于路由器100中，很类似于输入或输出模块中的一个。
参考图5所示，时钟模块5001-500n能够以菊花链的方式彼此互联。在图5的实施例中，时钟模块5001将其时钟信号提供给时钟模块5002以及时钟模块5003，500i+1和500i+3，其中i≤n，而时钟模块5002将其时钟信号提供给时钟模块500i，500i+2和500i+4中的每一个。时钟模块5001，5002…500n中的每一个还分别接收前一个时钟模块5002…500i…500n-1的时钟信号。
图6描述时钟模块的一种可替换布局，其中时钟模块布置在第一和第二网络6001和6002中，网络6001和6002每一个布局与图2的时钟模块网络600类似。如图6所示，网络6001单个时钟模块5001-500n中的一个或多个给网络6002时钟模块5001-500n中的一个或多个提供时钟信号。
图7描述的是时钟模块500i实施例方块示意图。图4的时钟模块500i包括第一和第二时钟输入端，分别接收第一时钟信号Clock_1和第二时钟信号Clock_2。外部时钟信号Clock_1和Clock_2中的每一个可以包括来自于图2的网络中单独的上游时钟选择电路的时钟信号，或来自于参考时钟电路由振荡器508形成的时钟信号。
时钟选择电路500i包括一对跳转检测器502和504，每个跳转检测器接收时钟信号Clock_1和Clock_2中单独的一个。每个跳转检测器提供一个输出信号，表明其各自的输入时钟信号是否已经跳转，即，从一个状态改变到另一个状态。逻辑方块506接收跳转检测器502和504的输出信号以及振荡器508的输出，振荡器508产生对符合各种电路元件的定时需求有用的时钟信号。逻辑方块506还接收两个外部状态信号；(1)A_not B和(2)Master_notSlave。状态信号A_not B的状态是指时钟电路500i是否会提供主时钟信号。Master_not Slave信号的状态确定时钟电路500i是作为它的主时钟电路还是作为另一个时钟信号的从时钟信号。
逻辑方块506产生一个输出控制信号，控制安全时钟复用系统510，以便在时钟信号Clock_1，Clock_2，和振荡器508的输出信号之间选择，给下游元件(图中未示)提供时钟信号。逻辑方块506的输出控制信号与逻辑电路输入信号具有指定的关系，如表1所示，“x”项组成“不用考虑”值。(换句话说，特定的输入信号值对逻辑方块506的输出没有影响)。
表1
从表1可以看出，只要Master_not Slave信号停留在逻辑“1”电平，时钟电路500i便只是在Clock_2和振荡器508之间进行选择。在这样的情况下，Clock_1信号的跳转以及跳转检测器504的输出信号没有影响。相反，当时钟电路500i作为从时钟电路时(即，Master_not Slave信号停留在逻辑“0”电平)，跳转检测器504的输出状态和跳转检测器502的输出状态确定Clock_1，Clock_2和振荡器508信号中的哪一个会出现在安全时钟复用系统510的输出端。由安全时钟复用系统510选择的时钟信号为本地使用以及为图1路由器100内元件的输入提供定时信号。
在一个优选实施例中，图4的安全时钟复用系统510具有图5所示的结构，给图3的时钟模块500i提供容许停滞的输入时钟脉冲的能力。在图5的安全时钟复用系统510中，第一和第二跳转检测器7011和7012分别接收Clock_1和Clock_2信号，和复用器对7021和7022中每个复用器一样。复用器7021和7022中每一个在其第二输入端接收一个信号和一个逻辑“0”电平。
跳转检测器7011和7012分别根据Clock_1和Clock_2信号的状态控制复用器7021和7022，与振荡器508的输出信号相对照进行测量。换句话说，跳转检测器7011和7012确定Clock_1和Clock_2信号中各信号是否已经根据振荡器508的输出信号改变了状态(即，跳转)。如果跳转检测器7011和7012各自确定Clock_1和Clock_2信号中相应的一个已经根据振荡器508的输出信号进行了跳转，那么，跳转检测器选通复用器7021和7022中相应的一个。当被选通时，复用器7021和7022中的每一个传输Clock_1和Clock_2信号中相关的一个。如果时钟信号Clock_1和Clock_2中有一个没有根据振荡器508的输出信号进行跳转，那么，复用器7021和7022中相应的一个会输出一个逻辑零电平信号。
复用器704分别在其第一和第二输入端接收复用器7021和7022的输出信号。根据图4逻辑方块506的信号，复用器将复用器7021和7022中一个复用器的输出信号传送给复用器7061的第一输入端以及跳转检测器7081的输入端。复用器7061的第二输入端被提供一个逻辑零电平信号。
跳转检测器7081根据复用器704的输出信号和振荡器508的输出信号之间的关系控制复用器7061。换句话说，跳转检测器7081确定复用器704的输出信号是否已经根据振荡器508的输出信号改变了状态。如果复用器704的输出信号根据振荡器508的输出信号进行跳转，那么跳转检测器7081促使复用器7061传送复用器704的输出信号。反之，如果复用器704的输出信号没有根据振荡器508的输出信号进行跳转，复用器7061便会输出一个逻辑零电平信号。
复用器7062分别在其第一和第二输入端接收振荡器508的输出信号和逻辑零电平信号。跳转检测器7082根据振荡器508的输出信号控制复用器7062。换句话说，跳转检测器7082确定振荡器508的输出信号是否周期性地改变状态。如果振荡器508的输出信号发生跳转，那么跳转检测器7082选通复用器7062传送振荡器508的输出信号。反之，如果振荡器508的输出信号没有跳转，那么复用器7062会输出一个逻辑零电平信号。
复用器710分别在其第一和第二输入端接收复用器7061和7062的输出信号。与复用器704类似，复用器710在图4的逻辑方块506控制下工作。因此，根据逻辑方块506的输出信号，复用器710会输出Clock_1和Clock_2信号中被选中的一个(假设至少有一个信号已经根据振荡器508的输出信号进行了跳转)或者输出振荡器508的输出信号(假设它已经跳转)。
复用器7021和7022以及复用器704和710之间存在重要的区别。如前所述，复用器704和710作为时钟复用器。有利的是，图5的安全时钟复用系统510排除了丢失时钟脉冲的可能性。通过根据振荡器508的输出信号控制Clock_1和Clock_2信号的通道，要是振荡器508已经跳转，则通过控制振荡器508输出信号的通道，安全时钟复用系统510避免了任一时钟或所有时钟停滞在非时钟状态的情况。
前面描述了一种时钟选择电路500i，包括安全复用系统510，用于分配时钟脉冲，使得提供冗余的同时确保了时钟的同步。
权利要求
1.一种路由器，包括至少第一路由器部分，使异步信号沿路径传输，所述第一路由器部分具有第一和第二时钟信号输入端，分别接收以时钟速率跳转的第一和第二时钟信号；和至少第一路由器部分内的时钟选择器，从所述第一和第二时钟信号以及一个振荡信号中选择，作为至少第一路由器部分的共同输出时钟信号，部分基于第一和第二时钟信号中是否至少有一个已经跳转。
2.根据权利要求1的路由器，其中时钟选择电路包括一个安全时钟复用系统，检测每个外部时钟信号是否已经根据振荡器进行了跳转，如果没有跳转，用在固定逻辑状态的信号代替所述每个信号。
3.根据权利要求2的路由器，其中安全时钟复用电路包括一对跳转检测器，每个跳转检测器确定第一和第二外部时钟信号中单独的一个是否已经根据振荡信号发生了跳转。
4.根据权利要求1的路由器，其中时钟选择电路从所述第一和第二时钟信号以及振荡信号中选择，作为至少第一路由器部分的共同输出时钟信号，部分基于第一和第二时钟信号中是否至少有一个已经跳转，以及时钟选择电路是作为另一个时钟选择电路的主电路还是从电路。
5.根据权利要求1的路由器，其中时钟选择电路从所述第一和第二时钟信号以及振荡器输出信号中选择，作为至少第一路由器部分的共同输出时钟信号，部分基于(i)第一和第二时钟信号中是否至少有一个已经跳转，(ii)时钟是作为其自身的主时钟还是作为另外一个时钟选择电路的从时钟，以及(iii)共用的输出时钟信号是否作为一个主时钟信号。
6.根据权利要求1的路由器，其中时钟选择电路包括第一跳转检测器，产生一个决定第一外部时钟信号是否已经跳转输出信号；第二跳转检测器，产生一个决定第二外部时钟信号是否已经跳转输出信号；逻辑块，提供一个输出控制信号，部分基于第一和第二跳转检测器的输出信号来改变；复用系统，从所述第一和第二时钟信号以及所述振荡信号中选择，作为根据逻辑方块输出信号的至少第一路由器的共同输出时钟信号。
7.根据权利要求6的路由器，其中逻辑方块部分提供其输出控制信号，部分是基于所述第一和第二时钟信号是否已经跳转，以及时钟是作为其自身的主时钟还是作为另一个时钟选择电路的从时钟。
8.根据权利要求6的路由器，其中逻辑方块提供其输出控制信号，部分是基于(i)第一和第二时钟信号中是否至少有一个已经跳转，(ii)时钟是作为其自身的主时钟，还是作为另外一个时钟选择电路的从时钟，(iii)共同的输出时钟信号是否会作为主时钟信号。
9.根据权利要求1的路由器，进一步包括用于使异步信号沿路径传输的至少第二路由器部分，所述第一路由器部分分别在第一和第二时钟信号输入端接收第一和第二时钟信号，每个时钟信号都跳转；和至少第二路由器部分内的第二时钟选择器，从所述第一和第二时钟信号以及振荡信号中选择，作为至少第一路由器的共同输出时钟信号，部分基于第一和第二时钟信号中是否至少有一个已经根据振荡信号进行了跳转。
10.一种选择时钟信号的方法，包括步骤检测第一时钟信号未能改变状态；检测第二时钟信号未能改变状态，以及从第一和第二时钟信号以及振荡信号中选择，部分是基于第一和第二时钟信号中是否至少有一个已经跳转。
11.根据权利要求10的方法，其中选择步骤进一步包括从所述第一和第二时钟信号以及所述振荡信号中选择，作为至少第一路由器的共同输出时钟信号，部分基于第一和第二时钟信号中是否至少有一个已经跳转，以及时钟选择电路是作为另一个时钟选择电路的主电路还是从电路。
12.根据权利要求10的方法，其中选择步骤进一步包括从所述第一和第二时钟信号以及所述振荡信号中选择，作为至少第一路由器的共同输出时钟信号，部分是基于(i)第一和第二时钟信号中是否至少有一个已经跳转，(ii)时钟是作为其自身的主时钟还是作为另一个时钟选择电路的从时钟，以及(iii)共同输出时钟信号是否会作为主时钟信号。
全文摘要
路由器(100)，将至少一个输入信号沿路径传输到至少一个输出端，其包括至少一个输入模块(40文档编号H04J3/06GK101095300SQ200580019659
公开日2007年12月26日 申请日期2005年6月1日 优先权日2004年6月16日
发明者卡尔·克里斯坦森, 大卫·林恩·比斯威, 林恩·霍华德·阿布克尔, 兰德尔·杰奥瓦尼·雷尔东多 申请人:汤姆逊许可公司