[发明专利]位同步器

说明书

技术领域

本发明涉及位同步器，特别涉及最好供借助兆赫兹范围的时钟频率进行操作以及由于现实原因不能够同时传送单独的时钟信号的通信系统使用的位同步设备。

引言

实际振幅、信号频率和传输速率之间的关系对于系统中的同步通信是重要的。当信号延迟过大时，就不能够在接收机一侧可靠地解释数据。迄今大多数电子通信系统运行在大约几十兆赫兹或以下的时钟频率。对于大多数系统尺寸而言，这就意味着可以按照使时钟信号在整个系统内能够有效地进行定时的方式来产生它们，并且传输延迟通常小于时钟周期。信号能够以大约为真空中光速一半的速度在大多数媒体、例如电缆、印制电路板、光纤和集成电路中传送。

随着系统速度增大，对时钟分配的要求越来越高。通过准确地进行平衡，可以这样地进行定时分配，即时钟信号将同时地到达系统中它们被使用的全部位置。这样就能够以公共延迟上限，在系统的选定部分之间进行通信，以便不超过接收定时部件的建立时间和保持时间(临界范围)。当使用更高的时钟频率时，系统中的全部信号就不再能够在一个时钟周期的时间内到达它们各自的目的地。通常部分信号必须在该时间间隔结束之前到达它们的目的地，而其它信号可以被允许在较晚的时间期间内到达。利用这一点并把系统的大部分关键部分紧密地集成起来，就能够使用更高的时钟频率和甚至高到某些信号的传输延迟是周期时间的几倍的频率。为了能够可靠地接收这种信号，接收功能必须能够检测输入信号的相位和正确地处理相对于本地时钟的任何相位比值。在现代数字系统中使用高的时钟频率，在许多情况下，传输中可能出现的时延将达到相当于一个数据位的时间的数量级。背景技术说明

电信系统在相当长的时间内一直是上述情况的例外。在这种情况下，通信系统之间的距离如此之长以致在中等信号频率早已需要同步。在这方面主要应用了两种方法：

1)数据信号和时钟信号都从信号源传输至目的地，接收机接收时钟信号来解释数据信号。当解释数据时，同样必须使时钟和数据信号适应传输延迟。

2)借助所谓的PLL技术、利用振荡电路或锁相环重新产生时钟。这需要使用线路码。在解释之后，在大多数情况下，同样需要在进一步处理之前将数据传送给接收机系统的时域。这适用于上述两种技术。为此需要双端口存储器功能。一般来说，在这些系统中只有少数信号需要同步。

美国专利No.4,181,975号公开了例如用于时钟信号和数据信号都被传输情况下的数字延迟线。该装置阐明了产生数字连续延迟的技术，该技术取代了通常使用的增量模拟延迟元件，当要被延迟的信号是数字数据位或脉冲时，这些元件有时会在相邻信号之间造成相互调制。这相当于以上在小段1)中所述的过程。

美国专利No.5,003,561号公开了接收二进制数字信号的另一方法，该二进制数字信号可同样包含相移或抖动，被时钟信号所伴随，该时钟信号可以具有相对于该数字信号的无论任何所需的相位，并且在频率方面可以略微偏离该数字信号的位序列频率。

例如在美国专利No.4,535,459中给出了根据前面小段2)恢复时钟的例子。借助两个双稳态D触发器、两个异或门和一可变频率的可控振荡器实现这一例子。NRZ(不归零)系统的一相应系统如美国专利No.5,117,135所述。

数字相位调整的另一个例子在美国专利No.4,821,296号中给出。这一例子利用了输入信号的已知同步位速度的优点和这一事实：即这些信号是相对纯净的，在这一例子中，在本地时钟的两个相位0°和180°对数据进行取样，假定这两个取样值之一将包含正确数据。在相同发明人的相应美国专利No.4,756,011中描述了类似的技术，根据这一技术，在本地时钟的相位角0°、90°、180°和270°取得取样值。这一技术以在具有许多输入信号的较大系统中使用大量寄存器来实现相位调整为基础。

在当前许多系统中使用了无数高频数据信号，在实际的系统中使用以及用于外部通信。没有同步就不能够以管理系统所需的高精度来控制传送延迟。在这样的系统中，大多数信号需要同步，以上在小段1)和2)中说明的方法在这一环境中有某些不足。

传送时钟和数据信号的方法1)加倍了每一信号的连接数目。与电路或电路板的连接数目长时间以来一直是一种限制设计因素。虽然对于大多数信号不能够实现连接数目的加倍，但对于少数信号，连接数目的加倍通常可被接受。

方法2)的振荡电路或PLL装置需要精确的时间控制元件，这些控制元件同样占用了少有的引脚。每一信号，方法1)和2)都需要双端口存储器。