時鐘恢復裝置及方法
2023-05-14 06:05:11
專利名稱：時鐘恢復裝置及方法
技術領域：
本發明涉及通信技術領域，特別涉及ー種時鐘恢復裝置及方法。
背景技術：
EEE (Energy Efficient Ethernet,能效乙太網)是ー種根據網絡流量動態節能的方法，其基本思想是，在MAC (Media Access Control,媒體訪問控制)層有數據發送的情況下,PHY (Physical,物理)層儘可能快地把MAC層的數據傳輸完,然後進入LPI (Low PowerIdle，低功耗空閒)模式。該LPI模式主要由交替出現的兩個狀態構成Quiet (靜默)狀態和Refresh (刷新)狀態。在Quiet狀態下，PHY層不發送數據且儘可能關閉晶片不用的電路，以降低功耗。在Refresh狀態下，PHY層會發送訓練信號，以保持鏈路的可用性。要確 保PHY層一旦退出Quiet狀態，就可以儘快進入正常工作模式，鏈路狀態必須在Refresh狀態規定的時間內恢復到可用狀態，也就是說，接收端的時鐘必須在Refresh狀態規定的時間內鎖定發送端的時鐘。要使接收端和發送端的時鐘信號同步，通常會採用⑶R (Clock and DataRecovery,時鐘數據恢復)電路從接收到的數據信號中提取時鐘信息,使得接收端的時鐘信號能夠跟蹤數據發送端的時鐘信號。現有的CDR電路通常是基於鎖相環的，主要包括鑑相器、環路濾波器和數字控制振蕩器。其中，鑑相器對接收到的數據信號和本地時鐘信號進行鑑相，得到瞬時相位誤差；環路濾波器對該相位誤差進行濾波，濾除其高頻部分；數字控制振蕩器用於根據環路濾波器輸出的壓控信號調整本地時鐘，完成鎖相功能。發明人在實現本發明的過程中，發現現有技術至少存在以下問題當接收端和發送端進入Quiet狀態時，由於鏈路上沒有數據發送，接收端無法從數據信號中提取時鐘，長時間後，收發兩端的時鐘就會逐漸失去同步狀態。鏈路上存在的幹擾信號會對環路濾波器中保存的頻率誤差值產生影響，使它偏離真實值(即接收端和發送端之間的固定頻差)，當系統進入Refresh狀態時，需要在發生偏離的頻率誤差值的基礎上重新鎖定發送端的時鐘，這可能會是ー個漫長的過程。而EEE標準中規定，Quiet狀態的時間為20-24毫秒，Refresh狀態的時間為16. 5微秒，也就是說，要在20-24毫秒的靜默後，在16. 5微秒內鎖定發送端的時鐘，現有的CDR電路無法滿足這ー時間要求。
發明內容
為了解決現有技術中存在的CDR電路不能在規定時間內使接收端的時鐘鎖定發送端的時鐘的問題，本發明實施例提供了ー種時鐘恢復裝置及方法。所述技術方案如下—方面，本發明實施例提供了ー種時鐘恢復裝置，所述裝置包括鑑相器，用於檢測接收到的輸入信號和本地時鐘信號的相位誤差；環路濾波器，用於對所述鑑相器產生的相位誤差進行濾波並輸出壓控信號；數字控制振蕩器，用於根據所述環路濾波器輸出的壓控信號，調整所述本地時鐘信號；
第一控制單元，用於當物理層處於靜默狀態時，控制所述鑑相器產生的相位誤差不輸入所述環路濾波器。優選地，所述環路濾波器包括直流支路和交流支路，所述直流支路和所述交流支路的輸出端通過第一加法器相連，所述直流支路中設有加法器和寄存器；所述裝置還包括低通濾波器，用於對所述直流支路輸出的頻率誤差值進行低通濾波；所述第一控制單元還用於根據所述物理狀態，將低通濾波後的所述頻率誤差值加載到所述直流支路中的寄存器中。優選地，所述裝置還包括第三控制單元，用於根據系統性能控制所述低通濾波器是否對所述直流支路輸出的頻率誤差值進行低通濾波。
可選地，所述裝置還包括第二狀態機，用於判斷所述系統性能是否達到預設的門限。可選地，所述裝置還包括第一狀態機，用於監測所述物理層的狀態。另ー方面，本發明實施例還提供了ー種時鐘恢復方法，所述方法包括檢測接收到的輸入信號和本地時鐘信號的相位誤差；根據物理層狀態，判斷是否將所述相位誤差輸送至環路濾波器，所述物理層狀態包括靜默狀態和刷新狀態；當所述相位誤差被輸送至所述環路濾波器時，所述環路濾波器對所述相位誤差進行濾波並輸出壓控信號；根據所述壓控信號，調整所述本地時鐘信號。優選地，在所述環路濾波器對所述相位誤差進行濾波並輸出壓控信號時，所述方法還包括對所述環路濾波器的直流支路輸出的的頻率誤差值進行低通濾波；當物理層進入所述靜默狀態時，將低通濾波後的所述頻率誤差值加載到所述直流支路中的寄存器中。優選地，所述方法還包括判斷所述本地系統性能是否達到預設的門限；若是，則對所述環路濾波器的直流支路輸出的頻率誤差值進行低通濾波；若否，則不對所述環路濾波器的直流支路輸出的頻率誤差值進行低通濾波。本發明實施例提供的技術方案的有益效果是本發明實施例通過當物理層處於Quiet狀態時，控制鑑相器產生的相位誤差不輸入環路濾波器，從而可以避免Quiet狀態下，鏈路上的幹擾信號對環路濾波器造成影響，進而在進入Refresh狀態時，環路濾波器保留了 PHY層進入Quiet狀態之前的收發兩端的頻率誤差值，通過該頻率誤差值預測Quiet階段收發兩端可能產生的相位誤差，可以顯著加快時鐘鎖定的速度。
為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本發明實施例I提供的時鐘恢復裝置的結構框圖；圖2是本發明實施例2提供的時鐘恢復裝置的結構框圖；圖3是本發明實施例3提供的時鐘恢復方法的流程圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進ー步地詳細描述。為了便於介紹本發明實施例，下面先簡單介紹ー下採用EEE的乙太網通信的過 程。乙太網是目前應用最為廣泛的基於包交換的區域網技木。乙太網協議主要由MAC層協議和PHY層協議構成。發送端將上層數據通過MAC層向PHY層發送，PHY層通過實際的物理介質將數據發送給接收端。系統上電後，採用乙太網通信的雙方通過自協商機制確定一方為master (主)端，另一方為Slave (從)端,Slave端需要同步到Master端，以進行數據傳輸。首先,Master端向Slave端發送訓練序列，Slave端通過接收到的訓練序列鎖定Master端的時鐘並完成各功能模塊的收斂和鎖定後，即可進入正常工作模式，正常收發數據。當MAC層沒有數據需要發送時，Master端和Slave端經過信令交互，確定系統可以進入LPI模式，則MAC層向PHY層發送指示，使PHY層進入LPI模式的Quiet狀態。此時，Master端和Slave端都不發送信號，鏈路上存在的是幹擾信號。在EEE標準規定的Quiet狀態的時間到達之後，PHY層進入Refresh狀態。PHY層必須在Refresh狀態下，使Slave端的時鐘儘快鎖定Master端的時鐘，以保證鏈路的可用性。在LPI模式下，這兩個狀態會交替出現。在該過程中，如果MAC層有數據需要發送，MAC層會向PHY層發送退出LPI模式的指示，則PHY層在Refresh狀態之後，進入正常工作模式，開始傳輸MAC層的數據。其中，Master端和Slave端包括但不限於終端、路由器、伺服器、交換機等設備。實施例I本發明實施例提供了ー種時鐘恢復裝置，用於使Slave端的時鐘快速鎖定Master端的時鐘，如圖I所示，該裝置包括鑑相器11、環路濾波器12、數字控制振蕩器13和第一控制單元14。其中，鑑相器11用於檢測接收到的輸入信號和本地時鐘信號的相位誤差；環路濾波器12用於對鑑相器11產生的相位誤差進行濾波並輸出壓控信號；數字控制振蕩器13用於根據環路濾波器12輸出的壓控信號，調整本地時鐘信號；第一控制單元14用於當PHY層處於Quiet狀態時，控制鑑相器11產生的相位誤差不輸入環路濾波器12。容易知道，當PHY層處於Refresh狀態時，第一控制單元14允許鑑相器11產生的相位誤差輸入環路濾波器12。其中，PHY層狀態可以通過狀態機獲得。該狀態機可以為計時器，當PHY層進入LPI模式時開始計時，根據EEE標準中規定的Quiet狀態和Refresh狀態的時間來記錄當前PHY層狀態。
更具體地，第一控制單元14可以為選擇器，如2選I選擇器。選擇器的選擇信號輸入端與狀態機連接。當狀態機的輸出為O時，輸入的環路濾波器12的數據為O ;當狀態機的輸出為I時，輸入的環路濾波器12的信號為鑑相器11產生的相位誤差。本發明實施例通過當物理層處理Quiet狀態時，控制鑑相器產生的相位誤差不輸入環路濾波器，從而可以避免Quiet狀態下，鏈路上的幹擾信號對環路濾波器造成影響，進而在進入Refresh狀態時，環路濾波器保留了 PHY層進入Quiet狀態之前的收發兩端的頻率誤差值，通過該頻率誤差值預測Quiet階段收發兩端可能產生的相位誤差，可以顯著加快時鐘鎖定的速度。實施例2本發明實施例提供了ー種時鐘恢復裝置，如圖2所示，該裝置包括鑑相器21、環
路濾波器22、數字控制振蕩器23和第一控制單元24。其中，鑑相器21用於檢測接收到的輸入信號和本地時鐘信號的相位誤差；環路濾波器22用於對鑑相器21產生的相位誤差進行濾波並輸出壓控信號；數字控制振蕩器23用於根據環路濾波器22輸出的壓控信號，調整本地時鐘信號；第一控制單元24，用於當PHY層處於Quiet狀態時，控制鑑相器21產生的相位誤差不輸入環路濾波器22。容易知道，當PHY層處於Refresh狀態時，第一控制單元24允許鑑相器21產生的相位誤差輸入環路濾波器22。可選地，本實施例的裝置還可以包括第一狀態機(圖未示)，用於監測物理層的狀態。該第一狀態機可以為計時器，當PHY層進入LPI模式時開始計時，根據EEE標準中規定的Quiet狀態和Refresh狀態的時間來記錄當前PHY層狀態。具體地，第一控制單元14可以為選擇器，如2選I選擇器。選擇器的選擇信號輸入端與狀態機連接。當狀態機的輸出為O時，輸入的環路濾波器12的數據為O ;當狀態機的輸出為I時，輸入的環路濾波器12的信號為鑑相器11產生的相位誤差。在本實施例中，環路濾波器22為ニ階環路濾波器，容易知道，在具體實現中，也可以採用高階環路濾波器。如圖2所示，該環路濾波器22包括直流支路221和交流支路222，直流支路221和交流支路222的輸出端通過第一加法器223相連，直流支路221中設有ー個第二加法器221a和一個寄存器221b。優選地，本實施例的裝置還包括低通濾波器25和第二控制單元26。其中，低通濾波器25用於對直流支路221輸出的頻率誤差值進行低通濾波；第二控制單元26，用於當PHY層進入Quiet狀態時，將低通濾波後的頻率誤差值加載到直流支路221中的寄存器221b 中。進ー步地，該低通濾波器25包括但不限於alpha (阿爾法)濾波器。該第二控制單元27可以為開關，開關的控制端與第一狀態機連接。當第一狀態機的輸出表示進入Quiet狀態時，第二控制單元26將經低通濾波器25濾波的頻率誤差值加載到寄存器221b中；然後，關閉該開關。優選地，本實施例的裝置還可以包括第三控制單元27，用於根據系統性能，控制低通濾波器25是否對直流支路221中的寄存器221b輸出的頻率誤差值進行低通濾波。可選地，本實施例的裝置還可以包括第二狀態機(圖未示)，用於判斷系統性能是否達到預設的門限。具體地，第二狀態機可以根據信噪比來判斷本地系統性能是否達到門限。其中，信噪比的計算為現有技木，為本領域技術人員熟知，在此省略詳細描述。在另ー種實現方式中，第二狀態機也可以採用計數器，當PHY層進入Refresh狀態一定時間後，判斷系統狀態達到預設的門限。具體地，第三控制單元27可以為選擇器，如2選I選擇器，選擇器的選擇信號輸入端與第二狀態機連接。當第二狀態機輸出的信號表示系統性能達到預設的門限時，則直流支路221輸出的頻率誤差值輸入低通濾波器25進行低通濾波；當第二狀態機輸出的信號表示未達到預設的門限時，輸入低通濾波器25的數據信號為O。優選地，直流支路221和交流支路222的輸入端分別設有乘法器221c和222c，通過乘法器221c和222c，將直流支路221和交流支路222的輸入信號分別與預定的乘法因子alpha_fr和alpha_ph相乘，可以控制環路帶寬。本發明實施例通過當物理層處於Quiet狀態時，控制鑑相器產生的相位誤差不輸入環路濾波器，從而可以避免Quiet狀態下，鏈路上的幹擾信號對環路濾波器造成影響，進而在進入Refresh狀態時，環路濾波器保留了 PHY層進入Quiet狀態之前的頻率誤差值，通 過該頻率誤差值預測Quiet階段收發兩端可能產生的相位誤差，可以顯著加快時鐘鎖定的速度。並且，由於本發明實施例對環路濾波器的直流支路輸出的頻率誤差值進行了低通濾波，濾除了其中的高頻分量，並且在進入Quiet狀態時，將低通濾波後的頻率誤差值加載到直流支路中，從而可以保證在Quiet狀態下，可以穩定和高精度地跟蹤發送的時鐘信號，使得在每次Quiet狀態之後，相位偏離在一定範圍內，進ー步加快時鐘鎖定的速度。實施例3本發明實施例提供了ー種時鐘恢復方法，可以採用實施例I提供的裝置實現，如圖4所示,該方法包括步驟301 :檢測接收到的輸入信號和本地時鐘信號的相位誤差。步驟302 :根據PHY層狀態，判斷是否將該相位誤差輸送至環路濾波器，PHY層狀態主要包括Quiet狀態和Refresh狀態。具體地，當PHY層處於Quiet狀態時，控制鑑相器11產生的相位誤差不輸入環路濾波器12 ;當PHY層處於Refresh狀態時，允許鑑相器11產生的相位誤差輸入環路濾波器12。步驟303 :當該相位誤差被輸送至環路濾波器吋，環路濾波器對該相位誤差進行濾波並輸出壓控信號。步驟304 :根據步驟303產生的壓控信號，調整本地時鐘信號。從而使本地時鐘鎖定發送端的時鐘。本發明實施例通過當物理層處於Quiet狀態時，控制鑑相器產生的相位誤差不輸入環路濾波器，從而可以避免Quiet狀態下，鏈路上的幹擾信號對環路濾波器造成影響，進而在進入Refresh狀態時，環路濾波器保留了 PHY層進入Quiet狀態之前的收發兩端的頻率誤差值，通過該頻率誤差值預測Quiet階段收發兩端可能產生的相位誤差，可以顯著加快時鐘鎖定的速度。實施例4本發明實施例提供了ー種時鐘恢復方法，可以採用實施例2提供的裝置實現。該方法與實施例3提供的方法基本相同，不同之處在於，在本實施例中，在環路濾波器對相位誤差進行濾波並輸出壓控信號時，該方法還包括對環路濾波器的直流支路輸出的頻率誤差值進行低通濾波；當PHY層進入Quiet狀態時，將低通濾波後的頻率誤差值加載到直流支路中的寄存器中，從而可以利用該低通濾波後的頻率誤差值高精度地跟蹤發送的時鐘信號。優選地，本實施例的方法還包括根據系統性能，控制所述低通濾波器是否對所述直流支路輸出的頻率誤差值進行低通濾波。具體地，該步驟包括判斷系統性能是否達到預設的門限；若是，則對環路濾波器的直流支路輸出的頻率誤差值進行低通濾波； 若否，則不對環路濾波器的直流支路輸出的頻率誤差值進行低通濾波。這樣，可以保證輸入低通濾波器的頻率誤差值的準確度，進ー步提高的鎖定速度。本發明實施例通過當物理層處於Quiet狀態時，控制鑑相器產生的相位誤差不輸入環路濾波器，從而可以避免Quiet狀態下，鏈路上的幹擾信號對環路濾波器造成影響，進而在進入Refresh狀態時，環路濾波器保留了 PHY層進入Quiet狀態之前的頻率誤差值，通過該頻率誤差值預測Quiet階段收發兩端可能產生的相位誤差，可以顯著加快時鐘鎖定的速度。並且，由於本發明實施例對環路濾波器的直流支路輸出的頻率誤差值進行了低通濾波，濾除了其中的高頻分量，並且在進入Quiet狀態時，將低通濾波後的頻率誤差值加載到直流支路中，從而可以保證在Quiet狀態下，可以穩定和高精度地跟蹤發送的時鐘信號，使得在每次Quiet狀態之後，相位偏離在一定範圍內，進ー步加快時鐘鎖定的速度。需要說明的是，本發明實施例的時鐘恢復方法和裝置，不僅僅適用於EEE，也適用於其它採用相同或類似技術的方案。需要說明的是上述實施例提供的時鐘恢復方法與裝置實施例屬於同一構思，其具體實現過程詳見裝置實施例，這裡不再贅述。上述本發明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例的全部或部分步驟可以通過硬體來完成，也可以通過程序來指令相關的硬體完成，所述的程序可以存儲於ー種計算機可讀存儲介質中，上述提到的存儲介質可以是只讀存儲器，磁碟或光碟等。以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.ー種時鐘恢復裝置，其特徵在於，所述裝置包括 鑑相器，用於檢測接收到的輸入信號和本地時鐘信號的相位誤差； 環路濾波器，用於對所述鑑相器產生的相位誤差進行濾波並輸出壓控信號； 數字控制振蕩器，用於根據所述環路濾波器輸出的壓控信號，調整所述本地時鐘信號，其特徵在幹， 所述裝置還包括 第一控制單元，用於當物理層處於靜默狀態時，控制所述鑑相器產生的相位誤差不輸入所述環路濾波器。
2.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述環路濾波器包括直流支路和交流支路，所述直流支路和所述交流支路的輸出端通過第一加法器相連，所述直流支路中設有第ニ加法器和寄存器； 所述裝置還包括低通濾波器，用於對所述直流支路輸出的頻率誤差值進行低通濾波； 第二控制單元，用於當物理層進入靜默狀態時，將低通濾波後的所述頻率誤差值加載到所述直流支路中的寄存器中。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括 第三控制單元，用於根據系統性能，控制所述低通濾波器是否對所述直流支路輸出的頻率誤差值進行低通濾波。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括 第二狀態機，用於判斷所述系統性能是否達到預設的門限。
5.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述直流支路和所述交流支路的輸入端分別設有乘法器。
6.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述裝置還包括 第一狀態機，用於監測所述物理層的狀態。
7.根據權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述第一控制單元為選擇器。
8.—種時鐘恢復方法,其特徵在於,所述方法包括 檢測接收到的輸入信號和本地時鐘信號的相位誤差； 根據物理層狀態，判斷是否將所述相位誤差輸送至環路濾波器，所述物理層狀態包括靜默狀態和刷新狀態； 當所述相位誤差被輸送至所述環路濾波器時，所述環路濾波器對所述相位誤差進行濾波並輸出壓控信號； 根據所述壓控信號，調整所述本地時鐘信號。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在幹，在所述環路濾波器對所述相位誤差進行濾波並輸出壓控信號時，所述方法還包括 對所述環路濾波器的直流支路輸出的頻率誤差值進行低通濾波； 當物理層進入所述靜默狀態時，將低通濾波後的所述頻率誤差值加載到所述直流支路中的寄存器中。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括 判斷系統性能是否達到預設的門限；若是，則對所述環路濾波器的直流支路輸出的頻率誤差值進行低通濾波；若否，則不對所述環路濾波器的直流支路輸出的頻率誤差值進行低通濾波。
11.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括獲取所述物理層狀態。
全文摘要
本發明實施例提供了一種時鐘恢復裝置和方法，涉及通信技術領域，所述裝置包括鑑相器，用於檢測接收到的輸入信號和本地時鐘信號的相位誤差；環路濾波器，用於對所述鑑相器產生的相位誤差進行濾波並輸出壓控信號；數字控制振蕩器，用於根據所述環路濾波器輸出的壓控信號，調整所述本地時鐘信號；第一控制單元，用於當物理層處於靜默狀態時，控制所述鑑相器產生的相位誤差不輸入所述環路濾波器。本發明實施例通過在物理層處於靜默狀態時，控制鑑相器產生的相位誤差不輸入環路濾波器，避免了靜默狀態下鏈路上的幹擾信號對環路濾波器的影響，從而可以使接收端的時鐘快速鎖定發送端的時鐘，有效縮短同步時間。
文檔編號H04L7/033GK102868517SQ201210309858
公開日2013年1月9日 申請日期2012年8月28日 優先權日2012年8月28日
發明者張雪坤, 張金弟 申請人:華為技術有限公司