[发明专利]基于FPGA的时钟数据恢复处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信数据传输技术领域，特别涉及一种基于FPGA的时钟数据恢复处理方法。

背景技术

为了利用光传输的巨大带宽，现在的通信中经常利用时分复用的技术把一些低速的信号复用到一条高速光纤上，由于网络同步的复杂性，不同时间段上的信号很难做到完全的同步，总是有或多或少频率和相位上的差异，这就给接收端的时钟数据恢复（Clock and Data Recovery，简称为CDR）提出一些特殊要求。特别是在很多通信业务中，经常需要传输一些具有突发特征的数据，称为突发数据（Burst Data），这些突发数据具有发送时间随机、持续时间短等特点，因此，接收端对突发数据的时钟恢复，不仅要求有高速时钟数据恢复的能力（一般要求时钟频率在1GHz以上），还要求有很快的恢复时间（一般是几百个纳秒以内）。这种对突发数据的时钟数据恢复通常叫做突发式时钟数据恢复（Burst Clock and Data Recovery，简称为BCDR）。

目前，通信系统中大量使用专用BCDR芯片来完成突发式时钟数据恢复处理，其成本较高。而FPGA由于其功能的灵活性、相对低廉的成本和较短的设计周期，已经大量的在通信设备中作为业务核心芯片，因此基于FPGA设计的时钟数据恢复芯片也得到越来越多的应用。现有技术中，基于FPGA设计实现CDR的方式主要有两种。一种方式是FPGA中自身集成有CDR模拟电路，这类CDR模拟电路的工作频率可以达到很高，目前已能达到10GHz以上的频率；但是，采用CDR模拟电路进行时钟数据恢复需要较长的恢复相位锁定时间，这个时间通常需要几百个微秒，而在恢复相位锁定之前其恢复的数据因相位不准确而可能存在较大的误差，这就导致了无法采用CDR模拟电路直接有效的完成突发式时钟数据恢复处理。另一种方式是数字化过采样法，其基本原理是先通过FPGA自身的工作时钟频率，对输入数据进行X*f频率的数字化过采样得到过采样数据，f为输入数据的时钟频率，X为整数，然后对过采样数据进行分析判断出其中各个跳变数据位，根据各个跳变数据位进一步判断出最佳数据取数位置，从而恢复出数据；其时钟数据恢复过程中需要通过实时检测每个周期过采样数据中各个数据跳变位置，用以分析和实时调整过采样时钟的相位，使得过采样时钟尽可能与输入数据时钟同步，以确保数据回复的准确性，这样虽然实现了快速恢复以及准确性，但其处理逻辑复杂且消耗资源严重，对FPGA芯片处理性能的要求较高，而且由于受到FPGA工艺的限制，FPGA芯片的数字化过采样频率一般不会超过400MHz，因此这种基于FPGA的数字化过采样法难以满足突发式时钟数据恢复处理对于高速时钟频率的要求。由于这些原因，使得现有技术中基于FPGA设计的时钟数据恢复芯片始终难以适用于突发式时钟数据恢复处理。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种基于FPGA的时钟数据恢复处理方法，以解决现有技术中基于FPGA设计的时钟数据恢复芯片难以同时满足高速时钟频率和快速恢复的要求而难以适用于突发式时钟数据恢复处理的问题，让FPGA芯片也能够有效实现对突发数据的时钟恢复。

为解决上述技术问题，实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：

基于FPGA的时钟数据恢复处理方法，其特征在于，采用集成有CDR模拟电路的FPGA芯片实现，具体包括如下步骤：

1）利用FPGA芯片中的CDR模拟电路对输入数据进行N倍频的时钟数据恢复，得到实时的每个周期的倍频恢复数据；其中，N为正整数，且3≤N≤10；

2）判断当前周期的倍频恢复数据中是否存在跳变数据位；若存在，则检测出当前周期的倍频恢复数据中最后一个跳变数据位；若不存在，则将当前周期倍频恢复数据中最后一个跳变数据位的位置确定为与前一周期倍频恢复数据中最后一个跳变数据位的位置相一致；

3）根据当前周期的倍频恢复数据中最后一个跳变数据位确定当前周期倍频恢复数据中的各个数据取数位置；

4）检测当前周期倍频恢复数据中第一个数据取数位置与此前一周期倍频恢复数据中最后一个数据取数位置之间的距离位数n，并根据所述距离位数n的值对当前周期倍频恢复数据中数据取数位置的数量进行调整处理；

5）将当前周期倍频恢复数据中经过调整处理后的各个数据取数位置的数据依次取出，作为当前周期的数据恢复结果加以输出；

6）循环执行步骤2~5，完成各个周期的时钟数据恢复处理。