一种长距离工业光纤通讯的时钟数据恢复方法技术

本发明专利技术涉及一种长距离工业光纤通讯的时钟数据恢复方法，通过采用6倍时钟进行过采样，判断串行数据跳变沿并归集到同一时钟下，并动态选择采样时钟。根据电平抖动容差，确认不同情况下所采样数据的有效性。经数据处理，将多路时钟采样的数据恢复为本地时钟下的串行数据，并最终将串行数据转换为并行数据。本发明专利技术在在时钟数据恢复过程中，能够避免由于晶振误差、码间干扰、基线漂移等原因造成的电平“抖动”影响，时钟数据恢复的准确度高；同时本发明专利技术更适合使用长距离工业光纤通讯的现场，通讯抗干扰能力强、误码率极低，实验结果表明应用效果良好。果良好。果良好。

【技术实现步骤摘要】
一种长距离工业光纤通讯的时钟数据恢复方法


[0001]本专利技术属于工业通讯
，尤其是一种长距离工业光纤通讯的时钟数据恢复方法。

技术介绍

[0002]工业设备的现场应用环境通常十分恶劣，电通讯信号容易受到干扰。光纤通讯以其实时性高、准确率高、抗干扰能力强等特点，广泛应用于工业设备中。光纤通讯性能的好坏直接影响整个控制系统能否正常工作。在光纤通讯中，发送端将数据编码成自同步的数据流，将数据和时钟组合成单一的信号进行传送；接收端须要准确地将数据和时钟从单一信号中分离出来。
[0003]通常，电子元器件存在参数差异。以40MHz有源晶振为例，其误差为
±
20ppm(ppm，百万分之一)，也就是说其实际晶振频率在39.9992MHz至40.0008MHz之间。通讯接收端的采样频率偏差，会对采样数据产生影响，导致传输系统信噪比增加、性能恶化等问题。
[0004]在光纤传输系统中，信号接收端需要从含有噪声和传输畸变的数据信号中恢复初出有效的时钟，以便正确获取数据信号，这种技术称为时钟数据恢复技术。对接收端的时钟数据恢复来说，最主要的非理想因素是由信道和线路码的非理想特性引起的。非理想特性主要包括发送端固有噪声、码间干扰、基线漂移等。在长距离工业光纤传输中，这类非理想因素引起的问题尤为明显，给光纤信号的正确解码带来困难。
[0005]受晶振误差、码间干扰、基线漂移等因素的影响，光纤通讯接收端将数据和时钟从单一信号中正确分离出来，成为了技术难点。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种长距离工业光纤通讯的时钟数据恢复方法，能够避免抖动对时钟数据恢复造成的影响，准确度高、成本低，工业现场应用效果良好。
[0007]本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0008]一种长距离工业光纤通讯的时钟数据恢复方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1、生成6倍时钟；
[0010]步骤2、使用6倍时钟对光纤接收端信号进行采样；
[0011]步骤3、对多时钟采样信号进行处理；
[0012]步骤4、对步骤3中处理后的多时钟采样信号进行抖动处理；
[0013]步骤5、根据步骤3以及步骤4所得信号恢复时钟数据。
[0014]而且，所述步骤1的具体实现方法为：将有源晶振作为时钟源输入FPGA，FPGA内部锁相环PLL根据时钟源生成三个相位相差60
°
的时钟CLK、CLK60和CLK120，再将这三个时钟分别取反得到CLK180、CLK240和CLK300。
[0015]而且，所述步骤2的具体实现方法为：使用6倍时钟分别捕获同一数据信号外部光
纤接收端输入FPGA的DIN信号跳变沿。
[0016]而且，所述捕获信号跳变沿的过程为：
[0017]设置DIN信号依次经过时钟为CLK、CLK、CLK、CLK、CLK的D触发器，输出信号定义A(0)；
[0018]DIN信号依次经过时钟为CLK60、CLK、CLK、CLK、CLK的D触发器，输出信号定义B(0)；
[0019]DIN信号依次经过时钟为CLK120、CLK60、CLK、CLK、CLK的D触发器，输出信号定义C(0)；
[0020]DIN信号依次经过时钟为CLK180、CLK120、CLK60、CLK、CLK的D触发器，输出信号定义D(0)；
[0021]DIN信号依次经过时钟为CLK240、CLK180、CLK120、CLK60、CLK的D触发器，输出信号定义E(0)；
[0022]DIN信号依次经过时钟为CLK300、CLK240、CLK180、CLK120、CLK60的D触发器，输出信号定义F(0)。
[0023]而且，所述步骤3的具体实现方法为：步骤2中采集信号X(0)(X＝A,B,C,D,E,F)经时钟为CLK的D触发器后输出信号X(1)，将采集信号X(0)和输出信号X(1)经异或、与逻辑生成信号Xp和Xn，其中Xp＝1代表X(0)发生上升沿跳变，Xn＝1代表下降沿跳变；
[0024]选取CLK时钟周期为采样周期，根据不同的检测时钟和判定条件中生成信号Xp和Xn的关系，生成标志位caseX；
[0025]将标志位caseX经过一级D触发器得到caseXX(X＝A,B,C,D,E,F)，其中caseX是caseXX上一采样周期的缓存；
[0026]设定每路恢复比特流为dataX(X＝A,B,C,D,E,F)，过采样时钟数据恢复的串行数据为DATA，当caseXX＝1时，单路恢复数据dataX＝X(1)；否则dataX＝0，同时DATA为所有dataX(X＝A,B,C,D,E,F)取或运算的结果。
[0027]而且，所述步骤4的具体实现方法为：设定标志位DV表示数据的有效性，当数据须要舍弃时DV＝0，当数据须要补采时DV＝1，抖动处理时，设置每路恢复比特流为dataX
’
(X＝A,B,C,D,E,F)，过采样时钟数据恢复的串行数据为DATA
’
；
[0028]当caseFF＝1并且caseA＝1，抖动容差为1/6位宽或者caseEE＝1并且caseA＝1，抖动容差为1/3位宽时，dataA
’
＝A(1)；否则dataA
’
＝0；caseFF为caseF经过一级D触发器得到的，caseAA为caseA经过一级D触发器得到的，caseEE为caseE经过一级D触发器得到的；
[0029]当caseFF＝1并且caseB＝1，抖动容差为1/3位宽时，dataB
’
＝B(1)；否则dataB
’
＝0；
[0030]当caseAA＝1并且caseE＝1，抖动容差为1/3位宽时，dataE
’
＝E(1)；否则dataE
’
＝0；
[0031]当caseAA＝1并且caseF＝1，抖动容差为1/6位宽或者caseBB＝1并且caseF＝1，抖动容差为1/3位宽时，dataF
’
＝F(1)；否则dataF
’
＝0,，caseBB为caseB经过一级D触发器得到的；
[0032]当不存在抖动容差满足caseCC＝1或caseDD＝1时，dataC
’
＝0，dataD
’
＝0；
[0033]其中，DATA
’
为所有dataX
’
(X＝A,B,C,D,E,F))取或运算的结果。
[0034]而且，所述步骤5的具体实现方法为：设置标志位DJ，当舍弃或者补采信号时DJ＝
1，否则DJ＝0，使能信号DJ和DV，将步骤3中的恢复的串行数据DATA和步骤4中的恢复的串行数据DATA
’
送入缓存FIFO内，缓存FIFO根据采样处理、抖动处理和标志本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长距离工业光纤通讯的时钟数据恢复方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、生成6倍时钟；步骤2、使用6倍时钟对光纤接收端信号进行采样；步骤3、对多时钟采样信号进行处理；步骤4、对步骤3中处理后的多时钟采样信号进行抖动处理；步骤5、根据步骤3以及步骤4所得信号恢复时钟数据。2.根据权利要求1所述的一种长距离工业光纤通讯的时钟数据恢复方法，其特征在于：所述步骤1的具体实现方法为：将有源晶振作为时钟源输入FPGA，FPGA内部锁相环PLL根据时钟源生成三个相位相差60
°
的时钟CLK、CLK60和CLK120，再将这三个时钟分别取反得到CLK180、CLK240和CLK300。3.根据权利要求1所述的一种长距离工业光纤通讯的时钟数据恢复方法，其特征在于：所述步骤2的具体实现方法为：使用6倍时钟分别捕获同一数据信号外部光纤接收端输入FPGA的DIN信号跳变沿。4.根据权利要求3所述的一种长距离工业光纤通讯的时钟数据恢复方法，其特征在于：所述捕获信号跳变沿的过程为：设置DIN信号依次经过时钟为CLK、CLK、CLK、CLK、CLK的D触发器，输出信号定义A(0)；DIN信号依次经过时钟为CLK60、CLK、CLK、CLK、CLK的D触发器，输出信号定义B(0)；DIN信号依次经过时钟为CLK120、CLK60、CLK、CLK、CLK的D触发器，输出信号定义C(0)；DIN信号依次经过时钟为CLK180、CLK120、CLK60、CLK、CLK的D触发器，输出信号定义D(0)；DIN信号依次经过时钟为CLK240、CLK180、CLK120、CLK60、CLK的D触发器，输出信号定义E(0)；DIN信号依次经过时钟为CLK300、CLK240、CLK180、CLK120、CLK60的D触发器，输出信号定义F(0)。5.根据权利要求4所述的一种长距离工业光纤通讯的时钟数据恢复方法，其特征在于：所述步骤3的具体实现方法为：步骤2中采集信号X(0)经时钟为CLK的D触发器后输出信号X(1)，将采集信号X(0)和输出信号X(1)经异或、与逻辑生成信号Xp和Xn，其中Xp＝1代表X(0)发生上升沿跳变，Xn＝1代表下降沿跳变，其中，X代表输出信号A,B,C,D,E或F；选取CLK时钟周期为采样周期，根据不同的检测时钟和判定条件中生成信号Xp和Xn的关系，生成标志位caseX；将标志位caseX经过一级D触发器得到caseXX，其中caseX是caseXX上一采样周期的缓存；设定每路恢复比特流为dataX，过采样时钟数据恢复的串行数据为DATA，当caseXX＝1时，单路恢复数据dataX＝X(1)；否则dataX＝0，同时DATA为所有dataX取或运算的结果。6.根据权利要求1所述的一种长距离工业光纤通讯的时钟数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明玥，贺永鹏，于志强，于洪泽，徐莉，刘同磊，刘松，
申请(专利权)人：天津电气科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：