基于锁相回路的时钟产生电路以及锁相回路电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于锁相回路的时钟产生电路以及锁相回路电路。示范性时钟产生电路包括PLL、用以提供低抖动输入时钟的低抖动XO和用以提供低温度漂移时钟的低成本TCXO。时钟单元额外包括故障保持模块，故障保持模块耦合到PLL且用于：接收低抖动输入时钟和参考输入时钟；记录正常操作模式期间低抖动输入时钟与参考输入时钟之间的关系；以及在故障保持操作模式期间，在参考输入时钟不可用时，将所记录关系作为控制信号输出到PLL。此时钟单元额外包括：统计模块，用以计算低抖动输入时钟与低温度漂移时钟之间的关系；以及控制模块，用以基于所确定关系动态地调整故障保持模块的输出，以使得时钟单元的输出时钟维持低抖动和低温度漂移特性。

Clock generation circuit and phase-locked loop circuit based on phase locked loop

The utility model discloses a clock generation circuit and a phase-locked loop circuit based on a phase-locked loop. The exemplary clock generation circuit includes a PLL, a low jitter XO for providing a low jitter input clock, and a low cost TCXO for providing a low temperature drift clock. The clock unit includes an additional fault keeping module, the fault keeping module is coupled to the PLL and is used to receive a low jitter input clock and a reference input clock; record the relationship between the low jitter input clock and the reference input clock during the normal operation mode; and the reference input clock during the failure maintenance operation mode. When used, the recorded relationship is output as a control signal to PLL. The clock unit includes a statistical module that calculates the relationship between the low jitter input clock and the low temperature drift clock, and the control module to dynamically adjust the output of the failure maintenance module based on the determined relationship, so that the clock unit's output clock maintains low jitter and low temperature drift characteristics.

【技术实现步骤摘要】
基于锁相回路的时钟产生电路以及锁相回路电路
本技术大体上涉及用于通信系统的时钟合成领域，更具体地说，涉及用于在通信系统的故障保持操作模式期间维持低抖动、低温度漂移时钟信号的系统和技术。
技术介绍
众多现代通信系统，不管是基于有线还是基于无线的，是时间同步的系统。在时间同步的通信系统中，一个或多个参考时钟从一个或多个时钟源经由网络递送到系统中的各种装置。为增大通信系统中各种装置的操作稳定性，同时还改善这些装置对于不同应用的灵活性，通常这些装置需要设置多个参考时钟。然而，在给定装置中的时钟单元从一个参考输入时钟切换到另一参考输入时钟时或在参考输入时钟中的一个或多个发生故障时的情况下，为确保时钟单元的输出维持性能和时钟稳定性，通常需要时钟单元包括“故障保持”功能和故障保持模块以在此种情形期间建立稳定的输出时钟。更具体来说，在通信系统中，故障保持模块经设计以执行故障保持功能，即在参考输入时钟被切换或丢失或故障时，保持时钟单元的输出时钟在小的误差裕度内，由此即使在参考输入时钟被切换或丢失或故障时也确保输出时钟的频率稳定度。现有故障保持模块通常结合锁相回路(PLL)使用。更具体来说，故障保持模块通常用于记录在参考输入时钟稳定时的参考输入时钟或整个PLL的状态。在参考输入时钟被切换或丢失或故障时，故障保持模块用于将所记录的参考输入时钟或整个PLL的状态应用于PLL的输入或PLL的回路内的另一点，以确保输出时钟频率保持稳定。然而，时钟电路/单元/模块中的故障保持功能的现有实施方案通常并不提供令人满意的解决方案来解决可能由环境温度改变造成的频率漂移问题且同时维持输出时钟中的低抖动。因此，需要用于这些通信系统的更有效的故障保持系统和技术。
技术实现思路
本技术提供用于在通信系统的故障保持操作模式期间维持通信系统内的低抖动、低温度漂移输出时钟信号的时钟产生系统和技术的各种实施例。一些现有时钟产生系统和技术通过使用具有恒温特性的恒温晶体振荡器(OCXO)或具有温度补偿性质的温度补偿晶体振荡器(TCXO)来维持在故障保持操作模式期间的低温度漂移输出时钟。然而，现有TCXO通常不能维持低抖动输出时钟信号。为调解此缺点，一些现有系统使用差分TCXO来提供额外低抖动输出时钟特性。然而，使用此种差分TCXO或OCXO来实现所需低抖动输出时钟特性显著增大总体系统成本。本文中描述用于在通信系统的故障保持操作模式期间针对通信系统内的各种组件产生低抖动、低温度漂移时钟信号的时钟产生电路/单元/模块/系统(在下文中统称为“时钟单元”)和时钟产生技术的各种实施例。在各种实例中，所提出的时钟单元包括用以提供低抖动时钟源的低抖动XO和用以提供低温度漂移时钟源的低成本普通TCXO。通过使用低抖动时钟源和低温度漂移时钟源作为输入，时钟单元可以在通信系统进入故障保持操作模式(即，在主要参考输入时钟不可用且PLL使用故障保持模块来替代主要参考输入时钟时)之后，继续产生低抖动和低温度漂移输出时钟。此外，因为低抖动XO和普通TCXO皆为低成本组件，因此所提出的时钟单元不会显著增大总体系统成本。在所提出的时钟单元的一些其它实施例中，低抖动可以用晶体作为主体结合低抖动振荡电路予以实施。因此，所提出的时钟单元不限于使用低抖动XO来提供低抖动时钟源。在一些实施例中，为在故障保持操作模式期间基于低抖动时钟源和低温度漂移时钟源产生低抖动和低温度漂移输出时钟，所提出的时钟单元额外包括两个处理模块：统计模块，其用于计算低抖动XO输出频率与普通TCXO输出频率之间的关系；以及控制模块，其用于基于来自统计模块的所确定关系动态地调整所述故障保持模块的输出，以使得所提出的时钟单元的输出时钟维持低抖动和低温度漂移特性。在一些实施例中，所提出的时钟单元不使用普通TCXO和统计模块来确定低抖动时钟源的频率漂移。而是，所提出的时钟单元使用低抖动输入时钟的频率改变与温度改变之间的已知关系以及热传感器来测量实时温度改变。所述时钟单元接着直接实时地确定低抖动输入时钟中的频率漂移量，且随后使用所确定的频率漂移来动态地调整来自故障保持模块的控制信号，所述控制信号用来在故障保持操作模式期间控制PLL操作。在一个方面中，本技术公开一种基于锁相回路(PLL)的时钟产生模块。此时钟产生模块包括：PLL，其用于在第一操作模式期间接收参考输入时钟且基于参考输入时钟产生输出时钟，以及用于在第一操作模式期间接收低抖动输入时钟；故障保持模块，其耦合到PLL且用于：接收低抖动输入时钟和参考输入时钟；记录第一操作模式期间低抖动输入时钟的频率与参考输入时钟的频率之间的第一关系；以及在第二操作模式期间，在参考输入时钟不可用时，将所记录第一关系作为控制信号输出到PLL以控制PLL的操作。此时钟产生模块进一步包括控制模块，控制模块耦合到故障保持模块且用于：接收低抖动输入时钟的频率改变与温度改变之间的第二关系；以及在第二操作模式期间，基于第二关系动态地调整故障保持模块的输出，以补偿由温度改变造成的低抖动输入时钟的频率漂移。在第二操作模式期间，PLL进一步用于：接收低抖动输入时钟；从故障保持模块接收控制信号，其中控制信号包括基于第二关系动态调整的所记录第一关系；以及基于低抖动输入时钟和控制信号产生输出时钟，其中输出时钟具有低抖动和低温度漂移特性。可选地，时钟产生模块进一步包括低抖动时钟源，其耦合到所述锁相回路的输入且用于产生低抖动输入时钟。可选地，低抖动时钟源包括低抖动晶体振荡器(XO)。可选地，低抖动时钟源包括作为主体的晶体和耦合到晶体的低抖动振荡电路。可选地，低抖动输入时钟是从外部时钟源接收。可选地，参考输入时钟是从外部时钟源接收。可选地，第一关系包括参考输入时钟与低抖动输入时钟的第一比率，其中第一比率为时变函数。可选地，故障保持模块进一步用于存储第一操作模式期间的第一关系。可选地，当所述参考输入时钟从一个外部时钟源切换到另一外部时钟源或丢失或故障时，所述时钟产生模块从所述第一操作模式切换到所述第二操作模式。可选地，时钟产生模块进一步包括用于产生低温度漂移输入时钟的低成本温度补偿晶体振荡器(TCXO)。进一步地，时钟产生模块进一步包括耦合到控制模块的统计模块，其中统计模块用于：从低抖动时钟源接收低抖动输入时钟，且从低成本TCXO接收低温度漂移输入时钟；基于低抖动输入时钟和低温度漂移输入时钟计算第二关系；以及将所计算第二关系提供到控制模块。可选地，第二关系包括低抖动输入时钟与低温度漂移输入时钟的第二比率，其中第二比率为时变函数。可选地，控制模块用于在第二操作模式期间，基于第二关系通过以下操作动态地调整故障保持模块的输出：确定第二比率的值是否从先前取样时间增大；如果是，则通过减小输出值以抵消第二比率的值的增大来动态地调整故障保持模块的输出，由此补偿由温度改变引起的低抖动输入时钟的向上频率漂移。可选地，控制模块用于在第二操作模式期间，基于第二关系通过以下操作动态地调整故障保持模块的输出：确定第二比率的值是否从先前取样时间减小；如果是，则通过增大输出值以抵消第二比率的值的减小来动态地调整故障保持模块的输出，由此补偿由温度改变引起的低抖动输入时钟的向下频率漂移。可选地，输出时钟和PLL在第二操作模式期间即使没有参考输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于锁相回路的时钟产生电路，其特征在于，包括：锁相回路，其用于在第一操作模式期间接收参考输入时钟且基于所述参考输入时钟产生输出时钟，以及用于在第一操作模式期间接收低抖动输入时钟；故障保持模块，其耦合到所述锁相回路且用于：接收所述低抖动输入时钟和所述参考输入时钟；记录所述第一操作模式期间所述低抖动输入时钟的频率与所述参考输入时钟的频率之间的第一关系；以及在第二操作模式期间，在所述参考输入时钟不可用时，将所记录第一关系作为控制信号输出到所述锁相回路以控制所述锁相回路的操作；控制模块，其耦合到所述故障保持模块且用于：接收所述低抖动输入时钟的频率改变与温度改变之间的第二关系；以及在所述第二操作模式期间，基于所述第二关系动态地调整所述故障保持模块的输出，以补偿由所述温度改变造成的所述低抖动输入时钟的频率漂移；其中在所述第二操作模式期间，所述锁相回路进一步用于：接收低抖动输入时钟；从所述故障保持模块接收所述控制信号，其中所述控制信号包括基于所述第二关系动态调整的所述所记录第一关系；以及基于所述低抖动输入时钟和所述控制信号产生输出时钟，其中所述输出时钟具有低抖动和低温度漂移特性。

【技术特征摘要】
1.一种基于锁相回路的时钟产生电路，其特征在于，包括：锁相回路，其用于在第一操作模式期间接收参考输入时钟且基于所述参考输入时钟产生输出时钟，以及用于在第一操作模式期间接收低抖动输入时钟；故障保持模块，其耦合到所述锁相回路且用于：接收所述低抖动输入时钟和所述参考输入时钟；记录所述第一操作模式期间所述低抖动输入时钟的频率与所述参考输入时钟的频率之间的第一关系；以及在第二操作模式期间，在所述参考输入时钟不可用时，将所记录第一关系作为控制信号输出到所述锁相回路以控制所述锁相回路的操作；控制模块，其耦合到所述故障保持模块且用于：接收所述低抖动输入时钟的频率改变与温度改变之间的第二关系；以及在所述第二操作模式期间，基于所述第二关系动态地调整所述故障保持模块的输出，以补偿由所述温度改变造成的所述低抖动输入时钟的频率漂移；其中在所述第二操作模式期间，所述锁相回路进一步用于：接收低抖动输入时钟；从所述故障保持模块接收所述控制信号，其中所述控制信号包括基于所述第二关系动态调整的所述所记录第一关系；以及基于所述低抖动输入时钟和所述控制信号产生输出时钟，其中所述输出时钟具有低抖动和低温度漂移特性。2.根据权利要求1所述的时钟产生电路，其特征在于，进一步包括低抖动时钟源，其耦合到所述锁相回路的输入且用于产生低抖动输入时钟；所述低抖动时钟源包括低抖动晶体振荡器，或所述低抖动时钟源包括作为主体的晶体和耦合到所述晶体的低抖动振荡电路。3.根据权利要求1所述的时钟产生电路，其特征在于，所述低抖动输入时钟是从外部时钟源接收。4.根据权利要求1所述的时钟产生电路，其特征在于，所述参考输入时钟是从外部时钟源接收。5.根据权利要求1所述的时钟产生电路，其特征在于，所述第一关系包括所述参考输入时钟与所述低抖动输入时钟的第一比率，其中所述第一比率为时变函数。6.根据权利要求1所述的时钟产生电路，其中所述故障保持模块进一步用于存储所述第一操作模式期间的所述第一关系。7.根据权利要求1所述的时钟产生电路，其特征在于，当所述参考输入时钟从一个外部时钟源切换到另一外部时钟源或丢失或故障时，所述时钟产生电路从所述第一操作模式切换到所述第二操作模式。8.根据权利要求1所述的时钟产生电路，其特征在于，进一步包括用于产生低温度漂移输入时钟的低成本温度补偿晶体振荡器。9.根据权利要求8所述的时钟产生电路，其特征在于，进一步包括耦合到所述控制模块的统计模块，其中所述统计模块用于：从所述低抖动时钟源接收所述低抖动输入时钟，且从所述低成本温度补偿晶体振荡器接收所述低温度漂移输入时钟；基于所述低抖动输入时钟和所述低温度漂移输入时钟计算所述第二关系；以及将所计算第二关系提供到所述控制模块。10.根据权利要求9所述的时钟产生电路，其特征在于，所述第二关系包括所述低抖动输入时钟与所述低温度漂移输入时钟的第二比率，其中所述第二比率为时变函数。11.根据权利要求10所述的时钟产生电路，其特征在于，所述控制模块用于在所述第二操作模式期间，基于所述第二关系通过以下操作动态地调整所述故障保持模块的所述输出：确定所述第二比率的值是否自先前取样时间增大；以及如果是，则通过减小所述输出值以抵消所述第二比率的值的所述增大来动态地调整所述故障保持模块的所述输出，由此补偿由所述温度改变引起的所述低抖动输入时钟的向上频率漂移。12.根据权利要求10所述的时钟产生电路，其特征在于，所述控制模块用于在所述第二操作模式期间，基于所述第二关系通过以下操作动态地调整所述故障保持模块的所述输...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮德义，刘昌，刘金亮，
申请(专利权)人：新港海岸北京科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11