專利名稱：串行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及串行數(shù)據(jù)通信，尤其涉及異步串行數(shù)據(jù)通信。
背景技術(shù)：
串行數(shù)據(jù)通信的一個固有成本因素是發(fā)送和接收時鐘信號所需 要的引腳數(shù)。另一重要的成本判斷依據(jù)是串行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的裝置之 間的通信連接上的時鐘頻率，這是因為時鐘頻率確定了系統(tǒng)的功耗。
具有多個裝置的串行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)通常使用本地時鐘發(fā)生器或 者從中導(dǎo)出所需要的通信時鐘的高頻時鐘信號。但是，如果要求多個 不同的通信時鐘來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，高頻時鐘信號的頻率必須是最高 通信時鐘的很多倍，這樣才能得到不同的通信時鐘。典型地，該頻率
必須比最高通信時鐘高20至40倍。例如，對于5MBaud的通信時鐘， 要求頻率為100至200MHz的高頻時鐘信號。必須在引腳上引導(dǎo)這樣 的高頻，這將產(chǎn)生大量功耗。
還可能提供單個裝置作為本地時鐘發(fā)生器，用來產(chǎn)生用于發(fā)送 和接收數(shù)據(jù)的不同通信時鐘信號。通信時鐘信號可能被引導(dǎo)至使用它 來與其他數(shù)據(jù)通信裝置串行發(fā)送和接收信號的數(shù)據(jù)通信裝置。但是， 這要求至少三個從本地時鐘發(fā)生器到裝置的連接線路，用來引導(dǎo)發(fā)送 時鐘信號、接收時鐘信號、和用于控制通信的控制信號。因此，寫入 操作是很復(fù)雜的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種串行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和方法，其所 要求的寫入操作比先前所討論的方案要簡單。
為了利用根據(jù)本發(fā)明的串行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)來實現(xiàn)上述目的，提 供了顯著的特征以使得根據(jù)本發(fā)明的串行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的特征可由
以下方式定義，艮P:
本地時鐘發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生時鐘信號，該時鐘信號的占空比 取決于控制信號，以及
串行數(shù)據(jù)通信控制裝置，用于根據(jù)串行數(shù)據(jù)信號的接收來產(chǎn)生 控制信號，并且用于由從本地時鐘發(fā)生裝置接收到的時鐘信號得到發(fā) 送和接收時鐘信號。
為了利用根據(jù)本發(fā)明的串行數(shù)據(jù)通信方法來實現(xiàn)上述目的，提 供了顯著的特征以使得根據(jù)本發(fā)明的串行數(shù)據(jù)通信方法的特征可由 以下方式定義，即
本地時鐘發(fā)生裝置產(chǎn)生時鐘信號，該時鐘信號的占空比取決于 控制信號，以及
串行數(shù)據(jù)通信控制裝置根據(jù)串行數(shù)據(jù)信號的接收來產(chǎn)生控制信 號，并且由從本地時鐘發(fā)生裝置接收到的時鐘信號得到發(fā)送和接收時 鐘信號。
根據(jù)本發(fā)明的顯著的特征提供了這樣的優(yōu)勢，即，對于發(fā)送時 鐘信號，本地時鐘發(fā)生裝置和串行數(shù)據(jù)通信控制器之間僅僅需要單個
時鐘線路。因此，這兩個裝置之間的寫操作沒那么復(fù)雜。此外，在集 成電路的情況中，在引腳或焊盤上不必引導(dǎo)將增大系統(tǒng)功耗的高頻時 鐘信號，這是因為串行數(shù)據(jù)通信控制器可通過本地時鐘發(fā)生裝置來控 制所需時鐘信號的產(chǎn)生。
本地時鐘發(fā)生裝置可用于產(chǎn)生具有預(yù)定時鐘的時鐘信號，如果 控制信號包括第一狀態(tài)，則該預(yù)定時鐘具有第一占空比，如果控制信 號包括第二狀態(tài)，則該預(yù)定時鐘具有不同于第一占空比的第二占空 比。例如，該控制信號可能是用來控制時鐘產(chǎn)生的包括兩個狀態(tài)(邏 輯0和邏輯1)的邏輯信號。
對于可靠操作，串行數(shù)據(jù)通信控制裝置可用于在串行數(shù)據(jù)信號 被接收到一段預(yù)定時間之后，由從本地時鐘發(fā)生裝置接收到的時鐘信 號得到發(fā)送和接收時鐘信號。該預(yù)定時間用作濾波器，用來對包含在 所接收到的數(shù)據(jù)信號中的干擾信號進行濾波。由于干擾信號通常很 短，即比預(yù)定時間短很多，所以它們不能影響發(fā)送和接收時鐘信號的 獲取。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，串行數(shù)據(jù)通信控制裝置用于在控制 信號包括一個相應(yīng)狀態(tài)時產(chǎn)生被時鐘信號的脈沖的下降沿所觸發(fā)的 接收時鐘信號的脈沖。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，系統(tǒng)適于根據(jù)RS232標(biāo)準(zhǔn)串行地發(fā)
送和接收數(shù)據(jù)。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及一種與根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)聯(lián)用的本
地時鐘發(fā)生裝置，其中本地時鐘發(fā)生裝置包括用于產(chǎn)生本地高頻時 鐘信號的振蕩器，以及用于由本地高頻時鐘信號產(chǎn)生時鐘信號的時鐘 發(fā)生電路，該時鐘信號的占空比取決于控制信號。例如，該裝置可被 實現(xiàn)為分離的裝置或在包括根據(jù)本發(fā)明的串行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的集成 電路中實現(xiàn)。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及一種與根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)或裝置聯(lián) 用的串行數(shù)據(jù)通信控制裝置，其中該串行數(shù)據(jù)通信控制裝置包括發(fā)送 和接收時鐘發(fā)生電路，其用于由接收數(shù)據(jù)信號產(chǎn)生控制信號，該控制 信號用于控制時鐘信號的產(chǎn)生，該串行數(shù)據(jù)通信控制裝置還包括數(shù)據(jù) 處理電路，用于對從串行數(shù)據(jù)通信裝置接收到的數(shù)據(jù)和將要發(fā)送至串 行數(shù)據(jù)通信裝置的數(shù)據(jù)進行處理。
在一個優(yōu)選實施例中，該發(fā)送和接收時鐘發(fā)生電路包括具有多 路復(fù)用器的控制信號發(fā)生電路，該多路復(fù)用器在它的輸入側(cè)對接收數(shù) 據(jù)信號和恒定信號進行接收，該發(fā)送和接收時鐘發(fā)生電路還包括多路 復(fù)用器控制電路，該多路復(fù)用器控制電路包括計數(shù)器并且用于根據(jù)該 計數(shù)器的計數(shù)來將多路復(fù)用器的輸入信號之一切換至多路復(fù)用器輸 出端作為控制信號。


通過下文中將要描述的示范性實施例，本發(fā)明的上述方面和其 它方面將變得明顯，并且將參考這些示范性實施例來對它們進行解 釋。
下文將參考一個示例性實施例來更詳細(xì)地描述本發(fā)明。但是， 本發(fā)明并不限于該示范性實施例。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的串行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的電路原理框圖。 圖2示出了用來產(chǎn)生用以控制由本地時鐘發(fā)生裝置所產(chǎn)生的時
鐘信號的占空比的控制信號的電路的實施例。
圖3示出了在圖1所示的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中產(chǎn)生的不同信號的時
序圖。
具體實施例方式
圖1示出了串行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)10的電路原理框圖，該系統(tǒng)包括 本地時鐘發(fā)生裝置12(在圖1中也表示為裝置A)和串行數(shù)據(jù)通信控 制裝置14 (在圖1中也表示為裝置B)。裝置B 14 (例如該裝置是 由異步微處理器實現(xiàn)的)通過串行通信鏈路24與另一裝置C22 (例 如個人計算機PC)通信。裝置B 14和裝置C 22可在串行通信鏈路 24上以較高數(shù)據(jù)速率串行地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，該串行通信鏈路24例 如可基于RS232標(biāo)準(zhǔn)。但是，應(yīng)該注意的是，本發(fā)明并不限于基于 RS232標(biāo)準(zhǔn)的串行通信鏈路，而是可以適用于所有異步串行通信鏈 路，這些異步串行通信鏈路中沒有指定各自的時鐘線路。
例如，本地時鐘發(fā)生裝置12可能是NFC裝置，其具有13. 56MHz 的石英振蕩器的NFC裝置，該石英振蕩器用于產(chǎn)生準(zhǔn)確度高和穩(wěn)定的 本地高頻時鐘信號28。本地高頻時鐘信號28被提供至?xí)r鐘發(fā)生電路 30，該電路產(chǎn)生時鐘信號CLK 16，該時鐘信號的占空比取決于從串 行數(shù)據(jù)通信控制裝置14接收到的控制信號IDLE 18的狀態(tài)。時鐘信 號CLK 16在串行數(shù)據(jù)通信控制裝置14中被用來得到接收時鐘信號 CLK—RX 20，該接收時鐘信號用來對包含在從裝置C 22接收到的串行 數(shù)據(jù)信號中的數(shù)據(jù)進行采樣。此外，時鐘信號CLK 16在串行數(shù)據(jù)通 信控制裝置14中作為產(chǎn)生發(fā)送時鐘信號CLK—TX 21的基準(zhǔn)。
串行數(shù)據(jù)通信控制裝置14包括發(fā)送和接收時鐘發(fā)生電路32，發(fā) 送和接收時鐘發(fā)生電路32被設(shè)計成由接收數(shù)據(jù)信號RX 34產(chǎn)生控制 信號IDLE 18，這將在下文中進行更加詳細(xì)的描述。此外，發(fā)送和接 收時鐘發(fā)生電路32被設(shè)計成通過從時鐘信號CLK 16得到的時鐘信號20和21來產(chǎn)生接收時鐘信號CLK—RX 20和發(fā)送時鐘信號CLK_TX 21。 裝置B 14還包括數(shù)據(jù)處理電路36，其用來處理從裝置C接收到的數(shù) 據(jù)和將要發(fā)送至裝置C 22的數(shù)據(jù)。
圖2示出了用于由接收數(shù)據(jù)信號RX 34產(chǎn)生控制信號IDLE 18 的電路。該電路包括多路復(fù)用器38，其在它的輸入側(cè)對接收數(shù)據(jù)信 號RX 34和邏輯0進行接收。多路復(fù)用器38根據(jù)多路復(fù)用器控制信 號40來將它的輸入之一切換至它的輸出端上，多路復(fù)用器控制信號 40是由計數(shù)器42和比較器44產(chǎn)生的。比較器44將計數(shù)器42的計 數(shù)與O進行比較。如果計數(shù)等于O，比較器44則產(chǎn)生多路復(fù)用器控 制信號40以使得接收數(shù)據(jù)信號RX 34被切換至多路復(fù)用器輸出端上。 那么，控制信號IDLE 18就是接收數(shù)據(jù)信號RX 34。如果計數(shù)不等于 0，比較器44則產(chǎn)生多路復(fù)用器控制信號40以使得邏輯0被切換至 多路復(fù)用器輸出端上。那么，控制信號IDLE 18就是邏輯0。
圖3示出了在時序圖中串行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)10的信號的波形。下 面將就圖3中的信號波形來詳細(xì)描述圖1所示的系統(tǒng)10的功能。時 序圖示出了時鐘信號CLK、發(fā)送時鐘信號CLK—TX、接收時鐘信號 CLK—RX、以及控制信號IDLE，該控制信號IDLE用來對本地時鐘發(fā)生 裝置12所產(chǎn)生的時鐘信號CLK進行控制。信號的波形對應(yīng)于RS232 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。
對于裝置B 14和裝置C 22之間的串行通信，通信裝置14和22 必須滿足以下說明
a) 兩個裝置都以相同的頻率發(fā)送串行數(shù)據(jù)，即一個裝置的發(fā)送 時鐘信號CLK_TX必須等于另一裝置的接收時鐘信號CLK—RX;
b) 裝置間的串行通信被諸如起始位之類的初始化信號所啟動， 該初始化信號告知接收裝置將從發(fā)送裝置發(fā)送串行數(shù)據(jù)至接收裝 置；
c) 在初始化信號之后，發(fā)送預(yù)定數(shù)量的數(shù)據(jù)位(例如8位或2 位)，在預(yù)定數(shù)量的數(shù)據(jù)位之后，停止位用信號表示串行數(shù)據(jù)通信的
結(jié)束o
在圖3的圖形中，示出了兩個數(shù)據(jù)流的串行發(fā)送，其中每個數(shù)
據(jù)流均包括四位(一個起始位、兩個數(shù)據(jù)位和一個停止位)。根據(jù)
RS232標(biāo)準(zhǔn)，起始位為邏輯0，而停止位為邏輯l。時序圖從時刻t0 開始。在裝置B 14中，由于沒有數(shù)據(jù)從裝置C 22發(fā)送至裝置B 14, 所以接收數(shù)據(jù)信號RX 34為邏輯1。多路復(fù)用器38將接收數(shù)據(jù)信號 RX 34切換至控制信號IDLE 18 (參見圖2)。本地時鐘發(fā)生裝置12 產(chǎn)生時鐘信號CLK 16，該時鐘信號CLK 16具有大約為50%的預(yù)定占 空比。時鐘信號CLK 16的時鐘頻率是由時刻t3減去時刻tl的位長 (其占空比為時刻t2減去時刻tl)定義的。時鐘信號CLK 16的每 個上升沿均觸發(fā)發(fā)送和接收時鐘發(fā)生電路32以使之在時刻tl、 t3 等產(chǎn)生發(fā)送時鐘信號CLK一TX 21的脈沖。只要沒有接收到串行數(shù)據(jù)， 發(fā)送和接收時鐘發(fā)生電路32就輸出邏輯0作為接收時鐘信號CLK—RX 20。
在時刻t4，裝置B 14從裝置C 22接收到信號，該信號可能是 串行數(shù)據(jù)發(fā)送的起始位， 一旦接收到信號，發(fā)送和接收時鐘發(fā)生電路 32就將控制信號IDLE 18從邏輯1切換至邏輯0。時鐘發(fā)生裝置12 等待一定的時段，并且在該時段后檢査控制信號IDLE 18是否仍然為 邏輯0(在時刻t5)。該一定的時段對應(yīng)于將所接收的信號解釋為串 行數(shù)據(jù)發(fā)送的起始位所需要的位長。應(yīng)該理解的是，該一定的時段可 能比位長的一半長或短。但是，它應(yīng)該大于從裝置C 22接收到的信 號中所包含的典型干擾信號的時長，下文中將對此進行詳細(xì)說明。
在該一定的時段之后，本地時鐘發(fā)生裝置A 12將控制信號IDLE 18解釋為用來接收串行數(shù)據(jù)的起始位，并且產(chǎn)生時鐘信號CLK 16的 下降沿(假設(shè)時鐘信號CLK16在時刻t5為邏輯l)。該下降沿觸發(fā) 發(fā)送和接收時鐘發(fā)生電路32以使之產(chǎn)生接收數(shù)據(jù)信號RX的采樣脈 沖，用來對所接收到的串行數(shù)據(jù)RX進行采樣。同時，發(fā)送和接收時 鐘發(fā)生電路32啟動計數(shù)器42 (參見圖2)來為串行發(fā)送的預(yù)定數(shù)據(jù) 位的時段進行遞減計數(shù)。在圖3所示的時序圖中，該時段等于3個數(shù) 據(jù)位。
只要計數(shù)器42遞減計數(shù)，多路復(fù)用器控制信號40就將邏輯0 切換至多路復(fù)用器38的輸出端，以使得控制信號IDLE 18在串行發(fā) 送的數(shù)據(jù)位的預(yù)定時段內(nèi)仍保持邏輯O。在該時段期間，發(fā)送和接收
時鐘發(fā)生電路32在接收時鐘信號CLK—RX的時刻t5、 t7、 t8和t9 產(chǎn)生采樣脈沖。利用采樣脈沖，在時刻t5、 t7、 t8和t9對所接收到
的串行數(shù)據(jù)進行采樣。
在時刻t9，計數(shù)器42的計數(shù)等于0，因此，多路復(fù)用器38將 所接收到的串行數(shù)據(jù)RX切換至它的輸出端上，從而控制信號IDLE 18 為所接收到的串行數(shù)據(jù)RX。由于根據(jù)RS232標(biāo)準(zhǔn)，在沒有發(fā)送串行 數(shù)據(jù)時所接收到的串行數(shù)據(jù)為邏輯1，所以控制信號IDLE 18也從邏 輯0切換回邏輯1。這使得本地時鐘發(fā)生電路12再次產(chǎn)生占空比大 約為50%的時鐘信號CLK 16，見時刻t10。由于控制信號IDLE 18為 邏輯1，所以發(fā)送和接收時鐘發(fā)生電路32再次輸出邏輯0作為如由 時鐘信號CLK 16所得到的接收時鐘信號CLK—RX 20。
在時刻tll和t12之間，所接收到的串行數(shù)據(jù)RX包括干擾脈沖， 該干擾脈沖同樣出現(xiàn)在控制信號IDLE18中。但是，這些干擾脈沖比 半個周期短，因此不會被裝置A 12和裝置B 14解釋為串行數(shù)據(jù)發(fā)送 的起始位。在時刻tl3,控制信號IDLE 18的下降沿出現(xiàn)，并且控制 信號IDLE 18在一定時段內(nèi)保持為邏輯0，該一定時段是使時鐘發(fā)生 裝置12將控制信號IDLE 18解釋為用于接收串行數(shù)據(jù)的起始位并且 使時鐘發(fā)生裝置12再次在時刻t14在時鐘信號CLK 16中產(chǎn)生下降沿 (假設(shè)在時刻t14時，時鐘信號CLK 16為邏輯1)所需要的時段。 該下降沿觸發(fā)發(fā)送和接收時鐘發(fā)生電路32使之產(chǎn)生接收時鐘信號 CLK—RX的采樣脈沖以便對所接收的串行數(shù)據(jù)RX進行采樣。并且同時， 發(fā)送和接收時鐘發(fā)生電路32啟動計數(shù)器32 (參見圖2)使之對串行 發(fā)送的預(yù)定數(shù)據(jù)位的時段進行遞減計數(shù)，從而從所接收到的串行數(shù)據(jù) RX采樣出預(yù)定數(shù)量的位。
根據(jù)本發(fā)明，裝置B 14僅僅在數(shù)據(jù)被接收或被發(fā)送以及數(shù)據(jù)必 須被處理時消耗功率。裝置B 14自身對發(fā)送至裝置C 22或從裝置C 22接收到的數(shù)據(jù)進行處理。裝置B 14還可能通過更多復(fù)合信號(例 如通過預(yù)定控制協(xié)議或者甚至是通過命令)來控制裝置A 12。命令 可能串行或者并行地從裝置B 14發(fā)送至裝置C 12，并行發(fā)送時要求
多于單個的控制連接線路。
權(quán)利要求
1.一種串行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)(10)，其包括-本地時鐘發(fā)生裝置(12)，用于產(chǎn)生時鐘信號(16)，該時鐘信號的占空比取決于控制信號(18)，以及-串行數(shù)據(jù)通信控制裝置(14)，用于根據(jù)串行數(shù)據(jù)信號的接收來產(chǎn)生所述控制信號(18)，并且用于由從所述本地時鐘發(fā)生裝置(12)接收到的所述時鐘信號(16)得到發(fā)送和接收時鐘信號(20，21)。
2. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述本地時鐘發(fā)生裝置(12) 用于產(chǎn)生具有預(yù)定時鐘的時鐘信號(16)，如果所述控制信號(18) 包括第一狀態(tài)，則該預(yù)定時鐘具有第一占空比，如果所述控制信號(18)包括第二狀態(tài)，則該預(yù)定時鐘具有不同于第一占空比的第二占 空比。
3. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述串行數(shù)據(jù)通信控制裝置 (14)用于在所述串行數(shù)據(jù)信號被接收到一段預(yù)定時間之后，由從所述本地時鐘發(fā)生裝置(12)接收到的所述時鐘信號(16)得到發(fā)送和 接收時鐘信號(20， 21)。
4. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述串行數(shù)據(jù)通信控制裝置 (14)用于在所述控制信號(18)包括一個相應(yīng)的狀態(tài)時產(chǎn)生被所述時鐘信號(16)的脈沖的下降沿所觸發(fā)的接收時鐘信號(21)的脈沖。
5. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)適于根據(jù)RS232標(biāo)準(zhǔn) 串行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
6. —種本地時鐘發(fā)生裝置(12)，其包括_振蕩器(26)，用于產(chǎn)生本地高頻時鐘信號(28)，以及 -時鐘發(fā)生電路(30)，用于由所述本地高頻時鐘信號(28) 產(chǎn)生時鐘信號(16)，該時鐘信號的占空比取決于控制信號(18)。
7. —種串行數(shù)據(jù)通信控制裝置(14)，其包括-發(fā)送和接收時鐘發(fā)生電路(32)，用于由接收數(shù)據(jù)信號(34) 產(chǎn)生控制信號(18)，該控制信號(18)用于控制時鐘信號(16)的 產(chǎn)生，以及-數(shù)據(jù)處理電路(36)，用于對從串行數(shù)據(jù)通信裝置(22)接 收到的數(shù)據(jù)和將要發(fā)送至串行數(shù)據(jù)通信裝置(22)的數(shù)據(jù)進行處理。
8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述發(fā)送和接收時鐘發(fā)生電 路(32)包括具有多路復(fù)用器(38)的控制信號發(fā)生電路，該多路復(fù) 用器(38)在它的輸入側(cè)對接收數(shù)據(jù)信號(34)和恒定信號進行接收， 所述發(fā)送和接收時鐘發(fā)生電路(32)還包括多路復(fù)用器控制電路(42, 44)，該多路復(fù)用器控制電路(42， 44)包括計數(shù)器(42)并且用于 根據(jù)該計數(shù)器(42)的計數(shù)來將所述多路復(fù)用器(38)的輸入信號之 一切換至多路復(fù)用器輸出端作為控制信號。
9. 一種串行數(shù)據(jù)通信方法，其中-本地時鐘發(fā)生裝置U2)產(chǎn)生時鐘信號(16)，該時鐘信號(16) 的占空比取決于控制信號(18)，以及-串行數(shù)據(jù)通信控制裝置(14)根據(jù)串行數(shù)據(jù)信號的接收來產(chǎn) 生所述控制信號(18)，并且由從所述本地時鐘發(fā)生裝置(12)接收 到的所述時鐘信號(16)得到發(fā)送和接收時鐘信號(20， 21)。
全文摘要
一種串行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)(10)包括本地時鐘發(fā)生裝置(12)，用于產(chǎn)生時鐘信號(16)，該時鐘信號的占空比取決于控制信號(18)；以及串行數(shù)據(jù)通信控制裝置(14)，用于根據(jù)串行數(shù)據(jù)信號的接收來產(chǎn)生所述控制信號(18)，并且用于由從所述本地時鐘發(fā)生裝置(12)接收到的所述時鐘信號(16)得到發(fā)送和接收時鐘信號(20，21)。
文檔編號H03L7/00GK101351966SQ200680050224
公開日2009年1月21日 申請日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月3日
發(fā)明者克萊門斯·布賴特富斯 申請人:Nxp股份有限公司