[发明专利]时钟恢复的频率偏移的自动检测和补偿

说明书

公开领域

所公开的各实施例涉及点对点通信中的时钟恢复和同步。更具体地，各示例性实施例涉及检测发射机端和接收机端处的时钟之间的频率偏移以及发射机/接收机系统内的频率偏移并且自动补偿该频率偏移。

背景

一般而言，点对点数据通信将要求时钟/数据频率在发射机端和接收机端之间要同步。例如，参考图1A，通过发射机101和接收机102来解说单向发射机-接收机系统100。数据在信道103中传送。发射机101以从参考时钟105导出的频率来操作，而接收机102以从参考时钟106导出的频率来操作。尽管在理想情形情景中，参考时钟105和106两者将以相同频率F振荡，但这一理想情形场景由于系统100的设计和制造中固有的工艺变动是很少实现的。相应地，参考时钟105可以数据103被传送的参考频率F+ΔF来操作，而接收机端处的参考时钟106可以参考频率F来操作，其中ΔF可以是正值或负值。这一变动或偏移ΔF会阻止接收机102处接收到的数据103在接收机端处完全同步。在高速数据通信中，即便是微小的ΔF值也可能导致高的比特误码率，而这可能是无法接受的。

在如图1B的系统110中所解说的采用收发机111和112的双向通信中同样可见以上问题。如所示出的，收发机111(包括发射机TX1和接收机RX1)处的参考时钟115可以频率F+ΔF来操作，而收发机112(包括发射机TX2和接收机RX2)处的参考时钟116可以频率F来操作。从而，从收发机111传达到112的数据113以及从收发机112传达到111的数据114将遭受非完全同步。

在系统100和110两者中，由于使用分开的时钟作为数据通信两端处的参考时钟，用于同步的已知技术(诸如具有嵌入式时钟的数据传输)是低效的并且由于频率偏移ΔF招致昂贵的设计成本。此外，以上所提及的参考时钟易于遭受由老化、温度变动等引起的频率漂移(其可进一步加剧频率偏移)。频率偏移可通过降低时钟抖动的容差边界来进一步使系统性能和比特误码率降级。从而，频率偏移可能导致与数据传输和接收相关联的质量和成本的显著降级。

现在参照图2A-2C，解说了用于对抗频率偏移效应的常规技术，并且将通过参考附图来讨论它们的缺点。首先，图2A解说了基于锁相环(PLL)的闭环模拟时钟和数据恢复(CDR)系统200。系统200可被集成在接收机端处(诸如系统100的接收机102或系统110的收发机111和112)以便将收到数据(诸如103、113或114)与本地参考时钟同步。在系统200中，收到的数据(输入数据)是模拟非归零(NRZ)信号，其是对相位检测器202的输入。相位检测器202跟踪NRZ输入数据的相位并且生成去往频率变换器203的信号Up(向上)和Dn(向下)，频率变换器203进而生成穿过低通滤波器204并且到达压控振荡器(VCO)205的响应。VCO 205的输出被反馈至相位检测器202以完成环路207。环路207形成PLL，PLL帮助将本地参考时钟的相位与输入数据的相位对齐，从而在VCO 205的输出处生成经恢复的时钟。经恢复的时钟可由缓冲器206缓冲并且被采样器201用来对输入数据进行采样以生成经恢复的数据。系统200在其应用中是过时的，因为其主要在模拟域中被配置。此外，尽管由环路207形成的PLL帮助相位对齐，但它无法有助于将输入数据的频率与本地参考时钟的频率同步。因此，系统200在克服频率偏移的上述缺点方面并不是有效的。