时钟和数据恢复单元制造技术

一种恢复接收的串行数据位流的时钟和数据恢复单元，具有调节采样时间的相位调节装置；旋转参考相位信号的相位插入单元（ＰＩＵ）；过采样所接收的数据流的过采样单元（ＯＳＵ）；将过采样数据流转换成并行数据流的串一并转换单元；检测所检测串行数据位流和旋转参考相位信号之间的平均相位差（ＡＶＧ－ＰＨ）的二进制相位检测单元（ＢＰＤ）；将所检测的平均相位差（滤波以产生相位插入单元（ＰＩＵ）的旋转控制信号的环路滤波器；用于恢复所接收的数据流的数据识别装置（ＤＲＭ）；将所加权的数据样本求和的求和单元；以及比较求和数据样本和阈值以检测所接收的串行数据位流内的数据位的逻辑值的比较器单元。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种时钟和数据恢复单元及被提供用于数据脉冲恢复的时钟和数据恢复方法，其中，数据脉冲在传输线路/信道上已遭受严重的噪声干扰。
技术介绍
传输信道的频带限制导致接收器的数据信号经受由码间干扰(ISI)所致的失真。所接收的信号本身既包含确定的也包含随机的边界噪声。本专利技术的时钟和数据恢复单元在非常严重的噪声环境中提供一种数据的可靠恢复，并可在多信道应用(多通道应用)中使用。即使当所接收的数据信号仅有一个小的眼图张开度时，所得到的误码率也是非常低的(误码率BER＜10^-15)。对于高速数据传输，现在更加迫切需要收发器模块具有高速度、低误码率(误码率BER)及长距离。依据信道和传输媒介，必须在千兆赫范围例如2.488Gbit/s至10Gbit/s内传输数据，并尽可能具有小的误码。收发器模块内的数据恢复电路被称为时钟和数据恢复单元(CDR)。按照现有技术，有两个用于数据恢复的基本方案，也就是，相位校准和相位拾取。图1示出了按照现有技术的在数字接收器中使用的时钟和数据恢复单元。由时钟振动，数据信道的频带限制，码间干扰(ISI)同时还有信道之间的反射和串音引起的有效的可用信号眼图张开度仅约为35％或甚至比每个数据存储单元小，使得在3.125Gbit/s的实际位数据流(NRZ＝不返回到零)中调制数据在每个具有112ps长度的单位时间(UI)仅具有一个信号眼图张开度，而剩下的存储单元被时钟振动、码间干扰(ISI)及反射所干扰。在按照现有技术描述的相位调节(相位校准)方法中，一个锁相环(PLL)被用作在接收信号(存储单元)的信号眼图中点设定采样时间。通常用作恢复和同步的边沿控制D触发器在时钟输入的上升沿上采样在D输入上采用的数据。图2示出了按照现有技术的基于PLL的时钟恢复系统。在按照现有技术用简单术语描述的相位拾取方法中，通过并联连接两个或更多的D触发器来过采样输入信号，这些D触发器由分级式时钟相位来计时。为了实现数据恢复，控制电路然后选择其时钟相位代表眼图中点最佳采样时间的D触发器的输出。两种传统的方法均能以大大不同的方式实现。不同类型的两个多相电路或锁相环PLL能用于实施相位校准方法和相位拾取方法。按照现有技术描述的两种传统方法都需要一个相位检测器PD，其相对于在时钟和数据恢复单元内的时钟相位Φclk确定输入数据信号的相角φ。可以将数字相位检测器PD当作边沿控制转换机构，为其一方面提供接收信号，另一方面提供时钟相位，并且其通过国际级转换来检测相角φ。这种数字相位检测器PD的一个基本缺点就是所接收的信号经常由于传输信道中各种不可避免的影响(如反射，衰减、信道串音和码间干扰(ISI))而失真或受到干扰，。在现有技术的传统的相位调节方法中，提供一种数字相位检测器PD，其中所接收的数据信号直接作用于边沿灵敏输入，使得上述的信号干扰通常导致相角φ的错误确定。如果他们不是非常频繁地出现，那么这些错误的确定能通过使用惰性控制系统来充分抑制，使得信号干扰不会立即导致锁相环PLL解锁。然而，即使在采用惰性控制系统时相角φ的错误的确定也导致振动聚集的降低，这样使得为了得到相同的误码率BER，与在具有对上述的信号干扰更不敏感的相位检测器PD的情况下相比，所接收的数据信号需要具有更大的信号眼图张开度。惰性控制系统还有一个缺点是锁相环PLL需要更长的时间来锁定。在传统的相位校准方法中，以数据速率DR进行数据检测(恢复)。相位校准的控制环不必实现BER＜10^-15，但恢复式触发器必须具备合适的稳定性。触发器的亚稳定性导致数据恢复的错误判定。为了避免现有技术的相位拾取CDR中的相位调节方法的这些缺点，相位信息不从所接收的数据输入信号中直接得到，而是对所接收的数据信号过采样，相角φ从过采样的信号中导出。图3a，3b示出了按照现有技术描述的相位拾取数据恢复系统。在图3a所示的相位拾取数据恢复系统中，多时钟相位在多个位置采样所接收的串行数据流的每一个数据位。相位拾取数据恢复系统检测数据转换并拾取数据样本，该数据样本离所检测的数据转换最远。当进行确定时在图3a所示的相位拾取数据恢复系统通过延迟数据样本采用一个前馈环。由于缺少稳定性限制，因此该相位拾取方法得到非常高的带宽及基于循环-循环(cycle-cycle-basis)跟踪相位移动。然而，该轨迹只能依据过采样的程度在定量步骤上出现。该相位拾取判定导致某些等待时间。按照现有技术描述的传统的相位校准方法和相位拾取方法的一个主要缺点就是所接收的数据信号仅有一小部分被有效地用于判定，其中可用的信号部分由时钟边沿的位置和判定电路的设定和维持时间来限定。为了避免导致亚稳定性及不确定逻辑值的、违反判定电路的启动和维持时间，这样执行判定电路，使得其启动和维持时间尽可能的小。因此，实际上进行测定的时钟边沿周围的信号部分非常短，从而所测定的信号能量非常低。高频干扰如高频噪声尤其在非常小的信号眼图处导致增加的误码率(BER)。不期望的高频噪声可能出现在时钟和数据恢复单元的供电电压上，或者与所接收的数据信号一起被施加。由于所采样的信号具有小的信号能量，因此为了避免时钟和数据恢复单元的灵敏性，已经知道采用电流积分接收器。在与存储单元的单位时间间隔UI对应的期间，在该电流积分接收器中微分数据输入信号被积分。在存储单元的末端测定电流积分是正还是负以恢复数据位。然而，在可用的信号眼图张开度仅在所接收的存储单元的35％或更小的范围内的通讯系统中，不能使用电流积分接收器，这是因为失真的和受干扰的信号部分在可用信号眼图张开度之外。图4示出了传统的现有技术的在时钟和数据恢复单元中使用的二进制相位检测(BPD)电路，其中采用相位拾取方法。所接收的数字数据信号由产生数据样本Si的过采样单元进行过采样。EXOR门比较相邻的数据样本Si以判定是否出现数据转换。EXOR门在输出侧被连接到求和装置上以计算输入串行数据位流和参考时间之间的相位差Δφ。将二进制相位检测器BPD的输出信号施加到环路滤波器上。该环路滤波器是一具有下列开环转移函数的低通滤波器(LPF) φoutφin=A0(DD)1+swp+A0(DD)--(1)]]>其中，DD是所接收的串行数据位流的数据密度。图5示出了用于传统的低通环路滤波器(LPF)的图4所示的按照现有技术描述的数据和恢复单元的回路增益。从图5中可以看出，当所接收的串行数据位流的数据密度DD降低时，回路增益降低。图6a示出了具有一个图4所示的二进制相位检测器BPD的传统的时钟和数据恢复单元的相位检测器增益PDG。如图6a所示，所接收的串行数据位流的数据密度DD越低，即所检测的数据转换的数量越低，相位检测器增益PDG越小。所接收的串行数据位流的数据密度DD越低，包括调节要恢复的时钟信号的相位的信息的数据转换的数量越低。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种时钟和数据恢复单元及用于恢复所接收的串行数据流的方法，所述的时钟和数据恢复单元和所述方法对所接收的串行数据位流的数据密度DD的变化不敏感。该目的由具有独立权利要求1的特征的时钟和数据恢复单元来实现。图6b示出了按照本专利技术优选实施例的时钟和数据恢复单元的相位检测器增益。本专利技术提供了一种恢复所接收的串行数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于恢复所接收的串行数据位流的时钟和数据恢复单元，具有：（ａ）相位调节装置，用于调节在所接收的数据位流的单位时间间隔（ＵＩ）的中点上的采样时间，其中该相位调节装置包括：（ａ１）产生等距参考相位信号的装置；（ａ２） 相位插入单元（ＰＩＵ），其响应一旋转控制信号将所产生的参考相位信号旋转一个预定的粒度；（ａ３）过采样单元（ＯＳＵ），用于按照预定的过采样率（ＯＳＲ）用所旋转的参考相位信号过采样所接收的数据流；（ａ４）串－并转换单元，将所过采 样的数据流转换成具有预定抽取因子（ＤＦ）的解串行数据流；（ａ５）二进制相位检测单元（ＢＰＤ），通过依据解串行数据流的实际数据密度（ＤＤ）而调节相位检测器增益（ＰＤＧ）来检测所接收的串行数据位流和旋转参考相位信号之间的平均相位差（ＡＶ Ｇ－ＰＨ），这样使得平均相位检测增益（ＰＤＧ）的变化最小；以及（ａ６）环路滤波器，将所检测的平均相位差（ＡＶＧ－ＰＨ）进行滤波以产生相位插入单元（ＰＩＵ）的旋转控制信号；（ｂ）数据识别装置（ＤＲＭ），用于恢复所接收到的数据流 ，其包括多个并行的数据识别ＦＩＲ－滤波器，其中每个数据识别ＦＩＲ－滤波器包括：（ｂ１）加权单元，用于根据由相位调节装置调节的采样时间来加权解串行数据流的数据样本；（ｂ２）求和单元，用于将所加权的数据样本进行求和；以及 （ｂ３）比较器单元，用于比较求和数据样本和阈值以检测所接收的串行数据位流内的数据位的逻辑值。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：P格里戈里厄斯，P彭特彻，
申请(专利权)人：因芬尼昂技术股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]