根據選通點之間的一點的接收信號的期望值和測量值之間的差值進行定時恢復的方法和裝置的製作方法

2023-12-06 12:39:56 3

專利名稱：根據選通點之間的一點的接收信號的期望值和測量值之間的差值進行定時恢復的方法和裝置的製作方法
背景技術：
發明領域本發明涉及相位檢測領域，並且尤其涉及一種檢測接收數據信號的相位並降低定時恢復系統的圖案抖動的系統、方法和設備。
背景技術：
近年來，特別是響應於使用在大型計算環境中的網絡的運用和種類方面的快速增長，網絡應用已經變得非常普及。相應地，在相關技術中具有很大進展，從而改善了這些網絡系統的質量。例如，用於T1網絡信道服務單元(CSU)和綜合業務數字網(ISDN)主要速率接口應用的完全集成的收發信機在本領域中是已知的，並且在目前也投入商用。諸如Intel LXT360T1/E1收發信機的這些設備被用於諸如T1網絡系統中的定時恢復的網絡應用中。可是，存在的缺陷是，其阻止這些系統提供更好的抖動容限---通信網和其他網絡應用中的一個理想質量。這些缺陷可能包括很大的幅度抖動、數據密度的極大變化、大量的電纜衰減以及不完善的均衡。
抖動是通用術語，它被用於描述通信系統中的輸入數據的周期中的噪聲或不確定性。抖動是數字通信系統中的一個特別重要的問題。首先，抖動會使接收信號在一個非最佳抽樣點處被抽樣。這種情況降低了接收機中的信噪比並因此限制了信息速率。其次，在傳統系統中，每個接收機通常從輸入數據信號中提取它的接收抽樣時鐘。抖動使這個任務明顯更加困難。第三，在遠距離傳輸系統中，其中在一個鏈路中存在有多個中繼器，因此抖動累加。也就是說，每個接收機從輸入比特流中提取一個時鐘，重新調整數據的時間，並利用恢復的時鐘重新發送數據。每個後來的接收機因此具有逐漸增大的輸入抖動程度。
當頻率已知時，載波信號可以被接收機抽樣，以便恢復發送的數據。可是，載波信號的相位必須已知，以便確保從載波信號中正確獲得數據。例如，在諸如正弦波的波形被接收的情況下，應該在正弦波的波峰和正弦波的波谷處抽樣數據。如果信號在遠離波峰的一個點處被抽樣，例如，在信號的電壓電平快速減少的過渡點處，則可能會獲得不正確的數據。
在當前的本領域技術中有一些用於檢測相位的方法。典型的方法主要在於在載波信號的波峰或波谷每一側上定位測試點，每個測試點被定位在距離各自的波峰或波谷相等的間距，並且調整所述波被抽樣時的定時，直到兩個測試點具有相等數值。當利用這樣的方法來尋找理想正弦波的波峰或波谷時，波峰或波谷必須直接位於測試點的中間，因為理想正弦波是對稱的。
這樣一個方法適合於確定輸入信號是對稱時的相位。可是，如果輸入信號是不對稱的，則可能會錯誤地確定抽樣點。例如，如果輸入數據信號波谷在-1伏特處，然後波峰在1伏特處，那麼下一個波谷位於0伏特處，在-1伏特和1伏特之間的正弦波一側上的輸入信號的斜率大於在1伏特和0伏特之間的正弦波一側的斜率。因此，確定在具有相同電壓的兩個相等間隔的相位檢測測試點之間的中點將不會得到輸入信號的波峰的精確測量。
當一個輸入信號被失真和噪聲惡化時，該輸入信號會具有波動的波峰和波谷。失真源可以是碼間幹擾(ISI)和抖動引起的。抖動是在發射機定時產生過程中非理想產生的。在利用串聯發射機和接收機的網絡中(代表性地在T1網絡中)，抖動會被惡化。ISI是由用來發送和接收信號的電氣電路的限制頻帶性質所引起的。
因此，現有技術的缺陷在於，必須確定多個測試點來計算輸入信號的相位。同時，當輸入信號不對稱時，典型的方法會產生誤差。


圖1所示為根據本發明實施例的一個接收機；圖2所示為根據本發明實施例由接收機接收的數據信號的第一信號範圍軌跡；圖3所示為根據本發明實施例由接收機接收的數據信號的第二信號範圍軌跡；圖4所示為根據本發明實施例由接收機接收的數據信號的第三信號範圍軌跡；圖5所示為根據本發明實施例由接收機接收的數據信號的信號眼圖；圖6所示為根據本發明實施例輸入到接收機的反相信號；圖7所示為根據本發明實施例的一個流程，通過此流程，可以改變數據判定點的抽樣定時以便將相位誤差最小化；和圖8所示為根據本發明實施例的一個判定電路。
具體實施例方式
本發明的實施例可以被用於接收機中來確定輸入載波信號的相位。輸入載波信號包含多個數據點或者這樣一些點，即在這些點處，輸入載波信號可以被抽樣以便從信號中提取正確數據。通過僅僅抽樣輸入載波信號上的一個測試點來檢測相位誤差，所述測試點位於兩個數據點之間。然後，可以調整數據點的抽樣定時以便將相位誤差最小化。
為了緩和抖動對輸入信號的影響，接收機中的鎖相環(PLL)可以跟蹤抖動(即，產生跟隨抖動的時鐘)或者拒絕抖動(即，產生不對抖動響應的時鐘)。在本發明的一個實施例中，接收機的PLL可以跟蹤低頻抖動並拒絕高頻抖動。PLL這樣工作用相位檢測器測量輸入信號的相位誤差、對信號進行濾波來控制控制環的頻率響應、並把濾波後的誤差信號應用到壓控振蕩器(VCO)。整個系統有增益和負反饋，並且整體效果會使相位誤差趨向於零。
圖1所示為根據本發明實施例的一個接收機100。把輸入載波信號IN輸入到接收機100中，然後被低通濾波器(LPF)105操作。濾波了的輸入信號然後被輸出到自動增益控制(AGC)107，然後被模擬/數字(A/D)轉換器110抽樣。接下來，輸入信號被饋給數位訊號處理器(DSP)112。例如，DSP112可以包括一個均衡器(EQL)115；一個相位檢測器120，一個數據判定電路125和一個環路濾波器127。
EQL115均衡輸入信號的電壓。EQL115可以是具有一個特定頻率相關的幅度或者相位響應的濾波器，其被用來補償信號中的頻率相關的幅度和/或相位失真。在本發明實施例中，傳輸介質(雙絞線鏈路長達2公裡)在電信號中引入顯著的失真和衰減。EQL115(主要)解開這個失真，並恢復接收信號以接近於原始形狀。
然後把處理後的輸入信號輸出到相位檢測器120，利用相位檢測器來檢測輸入信號的相位以使輸入信號可以在正確的點上被抽樣。EQL115的輸出還被發送到判定電路125，判定電路125從輸入信號中提取數據，並把數據輸出到相位檢測器120以及輸出到連接到接收機100的另一設備，例如中央處理單元(CPU)。然後把相位檢測器120的輸出發送到環路濾波器127，環路濾波器127具有對輸入信號濾波的功能。然後載波信號被發送到振蕩器(OSC)130，振蕩器(OSC)130用於輸出一個定時信號以使接收到的載波信號可以在正確的時間被抽樣。OSC130例如可以是一個壓控振蕩器(VCO)或數控振蕩器(DCO)。
相位檢測器120、環路濾波器127和OSC130的組合包括鎖相環(PLL)135。PLL135用來跟蹤或者″鎖定″輸入信號的相位以使在正確時間產生抽樣。
圖2所示為根據本發明實施例由接收機100接收的數據信號的第一信號範圍軌跡200。在圖2中，信號範圍軌跡顯示了在一個時期上的數據信號的電壓值。Y軸205表示電壓。X軸210表示時間。如圖所示，第一信號範圍軌跡200描述了一個具有通常的正弦曲線形狀的波形，波峰215和225在″1伏特處而波谷220在″-1″伏特處。在時間軸210的原點，第一信號範圍軌跡200電壓值為″1″。第一信號範圍軌跡200表示數據的載波信號，並且將在其波峰215和225以及波谷220處被抽樣。在遠離波峰215和225或波谷220的一個位置處對載波信號進行抽樣，會導致獲得不正確的數據。
圖3所示為根據本發明實施例由接收機100接收的數據信號的第二信號範圍軌跡300。如圖所示，第二信號範圍軌跡300具有位於″1″伏特處的波峰305和315，以及位於″0″伏特處的波谷310。因此，在第二信號範圍軌跡300中表示的電壓值只位於″1″和″0″伏特之間。第二信號範圍軌跡300將在波峰305和315處(在此，電壓電平接近″1″)以及在波谷310(在此，電壓值接近″0″)處被抽樣。
圖4所示為根據本發明實施例由接收機100接收的數據信號的第三信號範圍軌跡400。如圖所示，第三信號範圍軌跡400具有位於″0″伏特處的波峰405，以及位於″-1″伏特處的波谷410和415。因此，在第三信號範圍軌跡400中表示的電壓值只位於″0″和″-1″伏特之間。第三信號範圍軌跡400將在波峰405處(在此，電壓電平接近″0″伏特)以及在波谷410和415(在此，電壓值接近″-1″伏特)處被抽樣。
第一200、第二300和第三400範圍軌跡顯示了可被接收機100接收的可能載波信號。其他範圍軌跡也可被接收。根據本發明實施例，在所有情況中，信號範圍軌跡的波峰在″1″或″0″伏特的數值處，波谷在″0″或″-1″伏特的數值處。如果波峰位於數值″1″，則下一個抽樣位置(在本例中，將是下一個波谷)具有數值″0″或″-1″。類似地，如果波谷位於″-1″，則下一個抽樣位置是位於″0″或″1″處的波峰。換言之，如果抽樣點發生在″1″或″-1″，則下一個抽樣點不能位於同一電壓電平上。然而，如果抽樣點發生在″0″，則下一個抽樣點可能發生在電壓是″1″、″-1″或″0″時。在本發明的一個實施例中，只有值″-1″、″0″或″1″可以被確定為數據判定點。因此，如果載波信號電壓值位於″1″伏特處時對數據判定點進行抽樣，則載波信號值被確定為″1″。然而，如果載波信號被抽樣時電壓值為″.9″伏特，則載波信號值也可能被確定為″1″。換言之，存在一個例如可以對應於″1″的電壓範圍。
圖5所示為根據本發明實施例由接收機100接收的輸入載波信號的信號眼圖500。信號眼圖500顯示了可能的信號載波波形。其中顯示了四個數據判定點Td0525、Td1530、Td2535和Td3540。判定點是載波信號應被抽樣的理想時間。如圖所示，在Td0525和Td1530之間有七個波形。一個波形，第一信號範圍軌跡200，在Td0525時位於″1″伏特，然後在時間Td1530時向下延伸到″-1″伏特。第二信號範圍軌跡300在Td0525時位於″1″伏特處，然後在時間Td1530時向下延伸到″0″伏特。第三信號範圍軌跡400在Td0525時位於″-1″伏特處，然後在時間Td1530時向上延伸到″0″伏特。第四信號範圍軌跡505在Td0525時位於″-1″伏特處，然後在時間Td1530時向上延伸到″1″伏特。第五信號範圍軌跡510在Td0525時位於″0″伏特處，然後在時間Td1530時向上延伸到″1″伏特。第六信號範圍軌跡515在Td0525時位於″0″伏特處，然後在時間Td1530時還位於″0″伏特。最後，第七信號範圍軌跡520在Td0525時位於″0″伏特處，然後在時間Td1530時向下延伸到″-1″伏特。
信號眼圖500是存在於每一數據判定點Td0525、Td1530、Td2535和Td3540之間的信號範圍軌跡200、300、400、505、510、515、520和525的疊加。例如當第一信號範圍軌跡200存在於Td0525和Td1530之間、以及不同的範圍軌跡存在於Td1530和Td2535之間時，會出現抖動問題，從而使在Td2535處的信號電壓數值與時間Td0525處的信號電壓值不同。例如，第一信號範圍軌跡200的數值在Td0525時位於″1″伏特處，在時間Td1530時處於″-1″伏特。然而，如果然後信號值在Td2535時為″0″，那麼信號波形是非對稱的(因為波形在Td0525和Td1530之間下降″2″伏特，但是在Td1530和Td2535之間只上升″1″伏特)。
本發明的一個實施例消除了圖案抖動以改善接收機100的抖動容限性能並使均衡器115能夠保持低誤碼率(BER)性能。該實施例利用在兩個數據判定點之間的中間點處所抽樣的電壓值Vmid，並且把這個值與預定值Vth相比較，所述預定值取決於兩個數據判定點的電壓值。Vth是在兩個數據判定點之間中途點處的正弦波形的電壓值。在其他實施例中，Vth可用來表示除了兩個數據判定點之間的中點之外的位置的電壓。
在本發明的一個實施例中，依賴於Td0和Td1的數值，有三個可能的Vth值。Vth的可能值為″.5″伏特、″0″伏特和″-.5″伏特。在Td0為″0″並且Td1為″1″的情形中，Vth將為″.5″伏特。如果Td0為″1″並且Td1為″-1″，則Vth將為″0″伏特。當系統確定Vmid時，它可以基於Vmid和Vth之間的電壓差值來計算相位誤差。在其他實施例中，可以利用三個以上的Vth可能值。
圖6所示為根據本發明實施例輸入到接收機100的反相信號。如圖所示，Td0返回值″0″，因為在那個數據判定點處，電壓值接近″0″。Td1返回值″1″，因為在那個數據判定點處，電壓值接近″1″。在本例中，Vmid被計算為″.7″伏特。因為Td0為″0″並且Td1為″1″，則Vth在本例中為″.5″伏特。因為Vth不等於Vmid，所以系統可以確定出現了相位誤差。可以按照如下等式確定相位誤差相位誤差(″PE″)＝SIGN(Td1-Td0)*Vmid-ABS(Td0)*Vth+ABS(Td1)*Vth。當(Td1-Td0)為正值時SIGN返回值″1″，為負值返回″-1″，當(Td1-Td0)為″0″時返回″0″。ABS返回操作數的絕對值。
根據上面的等式，如圖6所示波形的PE為SIGN(0-1)*(.7伏特)-ABS(0)*(.5伏特)+ABS(1)*(.5伏特)＝-.2伏特。系統然後可以利用PE的測量值來調整抽樣Td0和Td1的時間，結果將PE最小化。可以在輸入波形的每個循環期間測量PE。在其他實施例中，可以定期地測量PE(例如，一旦PE低於一個預定電平，則每″10″個循環只測量PE一次)。
圖7所示為根據本發明實施例的一個流程，通過此流程，可以改變數據判定點的抽樣定時以便將PE最小化。首先，計數器X被初始化為″0″(步驟700)。然後確定數據判定點Td(x)的值(步驟705)並執行延遲(步驟710)。接下來，測量Vmid(步驟715)並執行延遲(步驟720)。因為接收信號頻率通常是已知的，所以系統能夠確定當每個數據判定點被測量時之間的時間間隔。在確定第一數據判定點之後，測量獲得第二數據判定點所花的時間之間的Vmid。在步驟725，系統計算下一個數據判定點的數值Td(X+1)。然後確定相位誤差(PE)(步驟730)。系統然後執行修改的延遲(步驟735)直到確定下一個數據判定的時間。最後，X遞增″2″(步驟740)。然後返回步驟705。
如果第一數據判定點和第二數據判定點的過渡為負(例如，第一數據判定點的值為″1″，而第二數據判定點的值為″0″)，那麼負PE值表示數據判定點獲得得太晚了。因此，直到獲得下一數據判定點以前的時間間隔將減少。如果PE為正，那麼時間間隔將增加，因為數據判定點獲得太早。如果在第一數據判定點和第二數據判定點之間過渡為正，則將獲得相反的作用。
因此，根據本發明的一個實施例，相位誤差被計算為一個測試點(即Vmid)和一個定值(即，Vth)之間的差值。因為除了定值(即，Vth)之外只有一個測試點(即，Vmid)被使用，所以系統可以快速測量相位誤差並因此響應來減少相位誤差。這樣一個實施例比傳統相位檢測器的相位誤差方差低得多。這是因為只有單個隨機變量(即，Vmid)和一個定值(即，Vth)被用來計算相位誤差，而不是象現有技術中實行的那樣有兩個隨機變量(即，兩個相位測試點)。
對於使用模擬/數字(A/D)轉換器和數位訊號處理器(DSP)的組合來實現的收發信機，快速定時可能特別有用。這樣一種DSP處理方法可用來把長距離模擬T1收發信機實施增強為一種四邊形或八邊形結構以避免矽柵中信道與信道串音。
相位檢測器120的輸出是測量的相位誤差。PLL135的工作是將相位誤差最小化(理想情況下，相位誤差的均值將趨於零)。然而，由於碼間幹擾(ISI)和抖動，瞬時相位誤差不為零並且可能作為隨機變量來對待。方差(標準偏差的平方)描述了相位誤差估計隨時間改變多少。在PLL135中，相位誤差被濾波並應用到VCO，以便產生恢復時鐘。如果相位誤差變化很大，但是平均值為零，那麼恢復時鐘也將變化到環形濾波器未消除相位誤差變化的程度。這通常是不希望的，因為它在接收時鐘邊緣產生抖動。這與誤碼率(BER)相關。
圖8所示為根據本發明實施例的一個判定電路125。判定電路125具有執行如上圖7中所述的定時方法的功能。接收設備802接收來自EQL115的輸出。處理設備800獲得每一數據點以及Vmid，並計算Vth，然後把它們全部存儲在存儲設備805中。處理設備800例如可以是一個中央處理單元(CPU)。基於關於圖7的上述方法，處理設備800確定輸入信號的正確定時，並輸出一個相位信號給相位檢測器120。輸出設備810輸出來自抽樣數據判定點的數據。
本發明的實施例通過測量最小數量的數據點，因此可以檢測並將輸入信號的相位誤差最小化。例如，在上面圖7中所述的流程中，當已知來自兩個判定點的數據(例如Td0和Td1)時，只需要測量一個測試點Vmid來確定輸入信號的相位誤差。因此，系統可以快速檢測並將相位誤差最小化。
系統能夠減少在估計相位誤差和使用那個信息來更新相位之間的等待時間(即延遲)。其原因是它只採用一個相位信息抽樣來估計相位誤差，而不是現有技術中的方法所需要的兩個抽樣。這改善了PLL跟蹤並降低輸入抖動的反作用的能力。
雖然上面的說明是參考本發明的特定實施例的，但是應該理解可以做出許多修改而不偏離本發明的精神。後附的權利要求用來覆蓋將落在本發明實際範圍和精神內的這些修改。目前所公開的實施例因此在各方面被認為是說明性的而非限定性的，本發明的範圍由後附的權利要求來表示，而不是由前述說明來表示，並且在權利要求等價含意和範圍內出現的所有變化都因此將包含在其中。
權利要求
1.一種確定輸入信號相位誤差的方法，包括接收該輸入信號；抽樣該輸入信號；在第一時間確定該輸入信號的第一數值；在第二時間確定該輸入信號的第二數值；在第三時間確定該輸入信號的第三數值，其中，該第三時間介於該第一時間和第二時間之間；基於該第三數值與門限值的比較，確定輸入信號的相位誤差；和控制該抽樣定時以便將相位誤差最小化。
2.權利要求1所述的方法，還包括基於所述第一數值和所述第二數值來確定門限值。
3.權利要求1所述的方法，其中所述方法由數位訊號處理(DSP)設備來執行。
4.權利要求1所述的方法，其中所述方法被利用來將抖動對確定所述第一數值和所述第二數值的影響最小化。
5.一種用於數據傳輸中以輸出數據值的接收機，包括一個模數轉換器，用於接收輸入信號並輸出抽樣的數位訊號；一個判定系統，用於接收該抽樣的數位訊號並輸出至少一個數據值，其中，該判定系統接收該抽樣的數位訊號，在第一時間確定該抽樣的數位訊號的第一數值；在第二時間確定該抽樣的數位訊號的第二數值；在第三時間確定該抽樣的數位訊號的第三數值；其中，該第三時間介於該第一時間和該第二時間之間；基於該第三數值與預定門限值的比較來確定該抽樣的數位訊號的相位誤差，並確定和輸出定時信息；一個相位檢測器，用於接收定時信息並輸出一個檢測的相位信息；一個環路濾波器，用於接收該檢測的相位信息並輸出一個濾波的相位信息；和一個振蕩器，用於接收該濾波的相位信息並輸出一個時鐘信號作為該模數轉換器的抽樣時鐘。
6.權利要求5所述的接收機，其中所述判定系統至少包括在一個數位訊號處理器(DSP)中。
7.權利要求5所述的接收機，其中所述定時信息被用來將相位誤差最小化。
8.權利要求5所述的接收機，其中至少一個T1線被利用在數據傳輸中。
9.一種在接收機中用於輸出數據值並檢測抽樣的數位訊號的相位誤差的判定電路，包括接收設備，用於接收該抽樣的數位訊號，其中，該抽樣的信號至少包括第一時間處的第一數值、第二時間處的第二數值、以及第三時間處的第三數值，其中，該第三時間介於該第一時間和該第二時間之間；存儲設備，用於存儲該第一數值、第二數值和第三數值，處理設備，用於基於該第一數值和第二數值來確定一個門限值，並且基於該第三數值與門限值的比較來確定輸入信號的相位誤差；和輸出設備，用於基於該相位誤差來輸出第一數據值、第二數據值和定時信息。
10.權利要求9所述的判定電路，其中所述判定系統被包括在一個數位訊號處理器(DSP)中。
11.權利要求9所述的判定電路，其中所述定時信息被用來將相位誤差最小化。
12.權利要求9所述的判定電路，其中模數轉換器把輸入信號轉換為所述抽樣的數位訊號；
13.權利要求12所述的判定電路，其中所述至少一個T1線被利用來接收所述輸入信號。
14.一種將抽樣信號中的相位誤差最小化的相位檢測設備，包括一個計算機可讀介質；和一個儲存在該計算機可讀介質中的計算機可讀程序代碼，所述程序代碼具有指令來執行如下操作接收一個輸入信號，對該輸入信號進行抽樣以便產生抽樣信號，在第一時間確定該輸入信號的第一數值；在第二時間確定該輸入信號的第二數值；在第三時間確定該輸入信號的第三數值，其中，該第三時間介於該第一時間和該第二時間之間；把該第三數值與門限值相比，確定該輸入信號的相位誤差，和控制抽樣的定時以便將該相位誤差最小化。
15.權利要求14所述的相位檢測設備，其中所述計算機可讀程序代碼還包括基於所述第一數值和第二數值來確定所述門限值的指令。
16.權利要求14所述的相位檢測設備，其中所述相位檢測設備被包括在數位訊號處理(DSP)設備中。
17.權利要求14所述的相位檢測設備，其中所述計算機可讀程序代碼被利用來將抖動對確定所述第一數值和第二數值的影響最小化。
全文摘要
一種用於定時恢復的方法和裝置，其中在選通點(即執行關於發送標記的數值的判定的抽樣實例)之間的一個點的信號值和期望值(實施例中確定的，用於估計的以前和隨後的發送標記的發送的電平平均值)之間的差值被用作計算抽樣時鐘(120)的相位誤差的基礎。該相位誤差在應用到VCO(130)之前進行濾波以降低抖動影響(127)。
文檔編號H04L7/033GK1611029SQ02826535
公開日2005年4月27日 申請日期2002年10月25日 優先權日2001年10月31日
發明者廣司高取, 詹姆斯·利特爾 申請人:英特爾公司