本發(fā)明涉及一種時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)方案，以及更特別地，涉及一種時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置及相應(yīng)的頻率控制電路。

背景技術(shù)：

通常來講，理想情況下可采用傳統(tǒng)的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置來跟蹤數(shù)據(jù)信號(hào)的頻率偏移(offset)，以鎖定該數(shù)據(jù)信號(hào)的頻率。傳統(tǒng)的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置包括一個(gè)低通濾波器。然而，實(shí)際上，傳統(tǒng)的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置受其低通濾波器的帶寬、制造時(shí)的工藝變化，和/或惡劣環(huán)境條件(如溫度的快速變化)的限制。舉例來說，由于較寬的帶寬能夠?yàn)V除掉較少的噪聲，因此，若該低通濾波器被實(shí)現(xiàn)為具有較寬的帶寬，則該傳統(tǒng)的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置必然不能夠減少較多的噪聲。然而，若該低通濾波器被實(shí)現(xiàn)為具有較窄的帶寬，則該傳統(tǒng)的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置必定不能夠跟蹤數(shù)據(jù)信號(hào)的較大頻率偏移。若該傳統(tǒng)的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置在惡劣環(huán)境條件中使用，此問題將變得更加嚴(yán)峻。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置及頻率控制電路，以解決上述問題。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，提供了一種頻率控制電路，用于給振蕩器產(chǎn)生偏置電壓。所述頻率控制電路被配置為：通過對(duì)采樣信號(hào)至少執(zhí)行積分操作、數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換操作以及低通濾波操作來產(chǎn)生所述偏置電壓；其中，所述采樣信號(hào)是采樣電路根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)對(duì)輸入的數(shù)據(jù)信號(hào)采樣產(chǎn)生的，以及，所述時(shí)鐘信號(hào)是所述振蕩器根據(jù)所述偏置電壓產(chǎn)生的。

根據(jù)本發(fā)明的另一些實(shí)施例，提供了一種時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置，包括：振蕩器、采樣電路和如上所述的頻率控制電路。

上述技術(shù)方案通過對(duì)采樣信號(hào)至少執(zhí)行積分操作、數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換操作以及低通濾波操作，相較于現(xiàn)有技術(shù)，能夠用來減少更多的噪聲以及跟蹤數(shù)據(jù)信號(hào)的更大的頻率偏移。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀附圖所示優(yōu)選實(shí)施例的下述詳細(xì)描述之后，可以毫無(wú)疑義地理解本發(fā)明的這些目的及其它目的。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的一種時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置的方塊示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的一種時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)裝置的方塊示意圖。

具體實(shí)施方式

以下描述為本發(fā)明實(shí)施的較佳實(shí)施例，其僅用來例舉闡釋本發(fā)明的技術(shù)特征，而并非用來限制本發(fā)明的范疇。在通篇說明書及權(quán)利要求書當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定的元件，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，制造商可能會(huì)使用不同的名稱來稱呼同樣的元件。因此，本說明書及權(quán)利要求書并不以名稱的差異作為區(qū)別元件的方式，而是以元件在功能上的差異作為區(qū)別的基準(zhǔn)。本發(fā)明中使用的術(shù)語(yǔ)“元件”、“系統(tǒng)”和“裝置”可以是與計(jì)算機(jī)相關(guān)的實(shí)體，其中，該計(jì)算機(jī)可以是硬件、軟件、或硬件和軟件的結(jié)合。在以下描述和權(quán)利要求書當(dāng)中所提及的術(shù)語(yǔ)“包含”和“包括”為開放式用語(yǔ)，故應(yīng)解釋成“包含，但不限定于…”的意思。此外，術(shù)語(yǔ)“耦接”意指間接或直接的電氣連接。因此，若文中描述一個(gè)裝置耦接于另一裝置，則代表該裝置可直接電氣連接于該另一裝置，或者透過其它裝置或連接手段間接地電氣連接至該另一裝置。

文中所用術(shù)語(yǔ)“基本”或“大致”是指在可接受的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠解決相應(yīng)的技術(shù)問題，達(dá)到基本相同的技術(shù)效果。舉例而言，“大致等于”是指在不影響結(jié)果正確性時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠接受的與“完全等于”有一定誤差的方式。

請(qǐng)參考圖1，圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的一種時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)(clock data recovery，CDR)裝置100的方塊示意圖。裝置100能夠減少噪聲以及準(zhǔn)確地鎖定輸入的數(shù)據(jù)信號(hào)Sin，其中，數(shù)據(jù)信號(hào)Sin相較于振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)具有更大的頻率偏移。換句話說，裝置100能夠采用/使用(adopt/employ)更寬的跟蹤范圍，以使得時(shí)鐘信號(hào)跟蹤該數(shù)據(jù)信號(hào)Sin和該時(shí)鐘信號(hào)之間較寬的頻率偏移，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)時(shí)鐘的恢復(fù)。采用更寬的跟蹤范圍的此時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)方案能夠用來跟蹤由較大的溫度變化所引起的較寬的頻率偏移。此外，裝置100也能夠盡可能地減少噪聲。

在實(shí)踐中，如圖1所示，裝置100包括振蕩器(oscillator)105、采樣電路(sampler circuit)110和頻率控制電路(frequency control circuit)115。振蕩器105被配置為：通過參考頻率控制電路115產(chǎn)生的偏置電壓VB產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)SCLK。偏置電壓VB用于控制振蕩器105所產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)SCLK的頻率。采樣電路110耦接于振蕩器105，以及被配置為：通過利用振蕩器105產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)SCLK，對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)Sin采樣，以產(chǎn)生采樣信號(hào)Ssample，其中，采樣信號(hào)Ssample指示(indicate)數(shù)據(jù)信號(hào)Sin和時(shí)鐘信號(hào)SCLK之間的超前/滯后(lead/lag)信息，以及，采樣信號(hào)Ssample被傳送至振蕩器105，以用于相位控制，應(yīng)當(dāng)說明的是，在一些實(shí)施例中，采樣信號(hào)Ssample被做進(jìn)一步處理后然后傳送至振蕩器105，以用于振蕩器105的相位控制。此外，采樣信號(hào)Ssample(含超前/滯后信息)被傳送至頻率控制電路115，以用于頻率控制。振蕩器105被設(shè)置為：通過利用該超前/滯后信息以及偏置電壓VB，更新時(shí)鐘信號(hào)SCLK的相位和頻率。

頻率控制電路115耦接于采樣電路110和振蕩器105，以及，頻率控制電路115被配置為：通過在兩條不同的電路路徑上對(duì)采樣信號(hào)Ssample至少執(zhí)行積分計(jì)算(integration calculation)操作、數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換(digital-to-analog conversion)操作以及低通濾波(low-pass filtering)操作來產(chǎn)生偏置電壓VB。

在本實(shí)施例中，為了跟蹤具有較寬的跟蹤范圍的頻率偏移/變化，同時(shí)盡可能地減少較多的噪聲，頻率控制電路115被設(shè)置為：通過采用兩條不同的驅(qū)動(dòng)路徑分別產(chǎn)生偏置電壓VB1和VB2，然后對(duì)這兩條不同的驅(qū)動(dòng)路徑所產(chǎn)生的偏置電壓VB1和VB2求和，以產(chǎn)生偏置電壓VB，其中，所述兩條不同的驅(qū)動(dòng)路徑被實(shí)現(xiàn)為具有不同的增益和不同的低通帶寬。在實(shí)踐中，頻率控制電路115包括控制器1151、第一驅(qū)動(dòng)電路1152A以及第二驅(qū)動(dòng)電路1152B?？刂破?151被配置為：基于采樣信號(hào)Ssample至少執(zhí)行積分操作(如通過累加器執(zhí)行累加操作)，以產(chǎn)生第一數(shù)字信號(hào)SD1和第二數(shù)字信號(hào)SD2。第一驅(qū)動(dòng)電路1152A耦接于控制器1151，且包括數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器(digital-to-analog converter，DAC，在圖1和圖2中簡(jiǎn)稱為“轉(zhuǎn)換器”)DAC1、被實(shí)現(xiàn)為具有第一低通帶寬的低通濾波器(low-pass filter，LPF，在圖1和圖2中簡(jiǎn)稱為“濾波器”)LPF1以及具有第一增益值(如A/K1)的放大器AMP1(在圖1和圖2中標(biāo)注為)。第一驅(qū)動(dòng)電路1152A被配置為：根據(jù)第一數(shù)字信號(hào)SD1’，利用數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器DAC1的第一數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換產(chǎn)生第一模擬信號(hào)SA1，以及被配置為：根據(jù)第一模擬信號(hào)SA1，利用具有第一低通帶寬的低通濾波器LPF1和具有第一增益值的放大器AMP1，產(chǎn)生第一偏置電壓VB1。第二驅(qū)動(dòng)電路1152B耦接于控制器1151，且包括數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器DAC2、被實(shí)現(xiàn)為具有第二低通帶寬的低通濾波器LPF2以及具有第二增益值(如A)的放大器AMP2。第二驅(qū)動(dòng)電路1152B被配置為：根據(jù)第二數(shù)字信號(hào)SD2’，利用數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器DAC2的第二數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換產(chǎn)生第二模擬信號(hào)SA2，以及被配置為：根據(jù)第二模擬信號(hào)SA2，利用具有第二低通帶寬的低通濾波器LPF2和具有第二增益值的放大器AMP2，產(chǎn)生第二偏置電壓VB2。頻率控制電路115對(duì)第一偏置電壓VB1和第二偏置電壓VB2求和產(chǎn)生偏置電壓VB。數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器DAC1和DAC2的實(shí)現(xiàn)可以是相同的或者可以是不同的。

應(yīng)當(dāng)指出的是，低通濾波器LPF1的第一低通帶寬不同于低通濾波器LPF2的第二低通帶寬，以及，第一增益值不同于第二增益值。在本實(shí)施例中，第一低通帶寬寬于第二低通帶寬，以及，第一增益值小于第二增益值。低通濾波器LPF2的第二低通帶寬可以被配置為窄于(包括等于)第一低通濾波器LPF1的第一低通帶寬的四分之一。舉例來說，第一低通濾波器LPF1的第一低通帶寬可以被設(shè)計(jì)為差不多10MHz，而第二低通濾波器LPF2的第二低通帶寬可被設(shè)計(jì)為差不多50KHz。在一些示例中，對(duì)應(yīng)于第一增益值A(chǔ)/K1的數(shù)值K1可被配置為≥4。然而，這些示例并不意味著對(duì)本發(fā)明的限制。具有較寬的第一低通帶寬和較小的第一增益值A(chǔ)/K1的第一驅(qū)動(dòng)電路1152A可被視為用于頻率偏移/變化的快(fast)跟蹤電路路徑，能夠跟蹤數(shù)據(jù)信號(hào)Sin的更大的頻率偏移，以及，具有較窄的第二低通帶寬和較大的第二增益值A(chǔ)的第二驅(qū)動(dòng)電路1152B被視為用于頻率偏移/變化的慢(slow)跟蹤電路路徑，能夠?yàn)V除掉更多的噪聲?？旄欕娐仿窂侥軌蝽憫?yīng)于不同的環(huán)境條件(如不同的溫度)，用來跟蹤從0到+20％/-20％的頻率偏移/變化。此外，利用較寬的低通帶寬和較小的增益值的設(shè)計(jì)，噪聲能被顯著抑制。以上所提及的低通帶寬和增益值在生產(chǎn)裝置100時(shí)是能夠被調(diào)整的，以滿足不同的時(shí)鐘跟蹤需求。

在實(shí)踐中，控制器1151可包括抽取電路(decimation circuit)1153、第一積分電路(integrator circuit)1154A(如積分器或累加器)、進(jìn)位單元(carry unit)1155、放大器1156、第二積分電路1154B(如積分器或累加器)以及位截?cái)嚯娐?bit truncate circuit)1157A和1157B。在本實(shí)施例中，第一積分電路1154A和第二積分電路1154B分別包括累加器。抽取電路1153用于執(zhí)行抽取操作，以減少采樣信號(hào)Ssample的抖動(dòng)；抽取電路1153可以是可選的。抽取電路1153的操作可以被旁通。換言之，在其它實(shí)施例中，抽取電路1153可以被排除在控制器1151之外。第一積分電路1154A用于執(zhí)行積分或累加操作，以根據(jù)補(bǔ)償信號(hào)Scom和采樣信號(hào)Ssample(或者，被抽取電路1153執(zhí)行抽取操作后的采樣信號(hào)Ssample)產(chǎn)生第一數(shù)字信號(hào)SD1。特別地，第一積分電路1154A采用累加器來對(duì)補(bǔ)償信號(hào)Scom和采樣信號(hào)Ssample(或者，被抽取電路1153執(zhí)行抽取操作后的采樣信號(hào)Ssample)執(zhí)行積分或累加操作，以產(chǎn)生第一數(shù)字信號(hào)SD1，然后，第一數(shù)字信號(hào)SD1被位截?cái)嚯娐?157A進(jìn)一步處理，產(chǎn)生被截?cái)嗪蟮牡谝粩?shù)字信號(hào)SD1’，以減少位數(shù)來匹配數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器DAC1的要求。進(jìn)位單元1155(可以通過電路組件和/或軟件來實(shí)現(xiàn))耦接于第一積分電路1154A的輸出端(如耦接于位截?cái)嚯娐?157A和第一積分電路1154A之間的中間節(jié)點(diǎn))，且被配置為適應(yīng)性地執(zhí)行進(jìn)位操作，以根據(jù)第一數(shù)字信號(hào)SD1產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)S1。在實(shí)踐中，控制器1151操作在數(shù)字域中，以及，第一數(shù)字信號(hào)SD1被數(shù)字編碼以及通過二進(jìn)制碼表示。在一些示例中，進(jìn)位單元1155用于復(fù)制第一數(shù)字信號(hào)SD1的最高有效位(most important bit)或(多個(gè))重要位，以及，將這些位作為進(jìn)位信號(hào)S1的最高有效位或(多個(gè))重要位，以及，將進(jìn)位信號(hào)S1的其它位用零表示。進(jìn)位功能意味著進(jìn)位單元1155被設(shè)置為：一旦第一數(shù)字信號(hào)SD1超過或達(dá)到預(yù)定界限值，則產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)S1。放大器1156耦接于進(jìn)位單元1155和第一積分電路1154A，且被配置為：利用負(fù)增益值對(duì)進(jìn)位信號(hào)S1放大，以給第一積分電路1154A產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)Scom。響應(yīng)于放大器AMP1的第一增益值A(chǔ)/K1，該負(fù)增益值被相應(yīng)地配置為-K2。-K2的絕對(duì)值可被配置為大致等于數(shù)值K1；然而，這不意味著是本發(fā)明的限制。在本發(fā)明實(shí)施例中，數(shù)值A(chǔ)、K1和K2均大于1，進(jìn)位信號(hào)S1的位數(shù)少于第一數(shù)字信號(hào)SD1的位數(shù)，以及，當(dāng)?shù)谝粩?shù)字信號(hào)SD1達(dá)到所述預(yù)定界限值，所產(chǎn)生的進(jìn)位信號(hào)S1的數(shù)值與數(shù)值K2之乘積等于所述預(yù)定界限值。例如，假設(shè)K2＝16，以及，預(yù)定界限值為128，則當(dāng)?shù)谝粩?shù)字信號(hào)SD1的數(shù)值表示128(二進(jìn)制表示為10000000)時(shí)，進(jìn)位單元1155產(chǎn)生的進(jìn)位信號(hào)S1的數(shù)值為8(二進(jìn)制表示為1000)，其中，16×8＝128。應(yīng)當(dāng)說明的是，這僅用于說明目的，而不是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明對(duì)數(shù)值K2和所述預(yù)定的限定值并不做任何限制。第二積分電路1154B被配置為執(zhí)行積分或累加操作，以根據(jù)進(jìn)位信號(hào)S1產(chǎn)生第二數(shù)字信號(hào)SD2。可以理解地，第二積分電路1154B可以具有初始值，該初始值是根據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)Sin的頻率預(yù)先設(shè)定的。特別地，第二積分電路1154B采用累加器在該初始值的基礎(chǔ)上對(duì)進(jìn)位信號(hào)S1執(zhí)行積分或累加操作，以產(chǎn)生第二數(shù)字信號(hào)SD2，然后，第二數(shù)字信號(hào)SD2被位截?cái)嚯娐?157B進(jìn)一步處理，產(chǎn)生被截?cái)嗪蟮牡诙?shù)字信號(hào)SD2’，以減少位數(shù)來匹配數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器DAC2的要求。應(yīng)當(dāng)說明的是，位截?cái)嚯娐?157A和1157B是可選的。

基于進(jìn)位單元1155的進(jìn)位計(jì)算，第一數(shù)字信號(hào)SD1的數(shù)值可以被表示為不同的形式(如進(jìn)位信號(hào)S1)，以在不同的電路路徑(如慢跟蹤電路路徑)上產(chǎn)生并傳送進(jìn)位信號(hào)S1；此外，第一數(shù)字信號(hào)SD1的數(shù)值被放大器1156產(chǎn)生的補(bǔ)償信號(hào)Scom補(bǔ)償，其中，補(bǔ)償信號(hào)Scom是放大器1156利用負(fù)增益值(-K2)對(duì)進(jìn)位信號(hào)S1進(jìn)行放大產(chǎn)生的。這允許裝置100跟蹤較大的頻率偏移/變化。換言之，裝置100的跟蹤能力/范圍相較于傳統(tǒng)的時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)系統(tǒng)是更杰出的。

在另一實(shí)施例中，控制器115能夠通過采用一個(gè)積分電路和寄存器電路(register circuit)來產(chǎn)生第一數(shù)字信號(hào)SD1和第二數(shù)字信號(hào)SD2。請(qǐng)參考圖2，圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的一種時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)(CDR)裝置200的方塊示意圖。裝置200也能夠同時(shí)減少噪聲以及鎖定數(shù)據(jù)信號(hào)Sin，其中，數(shù)據(jù)信號(hào)Sin與振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)相比具有更大的頻率偏移。裝置200包括振蕩器105、采樣電路110和頻率控制電路215，頻率控制電路215包括控制器2151和驅(qū)動(dòng)電路1152A和1152B?？刂破?151包括抽取電路2153、積分電路2154(如累加器或積分器)、位截?cái)嚯娐?157和寄存器電路2159。抽取電路2153、積分電路2154以及位截?cái)嚯娐?157的功能和操作與圖1所示的具有相同名稱的這些電路的功能和操作相同，為簡(jiǎn)潔起見，此處不再詳述。寄存器電路2159被配置為：給數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器DAC2提供并輸出固定值(采用數(shù)字編碼表示)作為第二數(shù)字信號(hào)SD2，其中，該固定值是根據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)Sin的中心頻率預(yù)先設(shè)定的，換言之，數(shù)據(jù)信號(hào)Sin的中心頻率的不同會(huì)導(dǎo)致第二數(shù)字信號(hào)SD2的取值不同。頻率偏移/變化跟蹤的能力被位于下部電路路徑上的電路組件AMP1、LPF1、DAC1、位截?cái)嚯娐?157以及積分電路2154提供。抽取電路2153和位截?cái)嚯娐?157是可選的。

在不脫離本發(fā)明的精神以及范圍內(nèi)，本發(fā)明可以其它特定格式呈現(xiàn)。所描述的實(shí)施例在所有方面僅用于說明的目的而并非用于限制本發(fā)明。本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員皆在不脫離本發(fā)明之精神以及范圍內(nèi)做些許更動(dòng)與潤(rùn)飾。