專利名稱：一種時分復(fù)用業(yè)務(wù)恢復(fù)時鐘的產(chǎn)生方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字通訊領(lǐng)域，具體地說，涉及時分復(fù)用(TDM)業(yè)務(wù)在包交換網(wǎng)絡(luò)中傳輸時的時鐘恢復(fù)技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著包交換網(wǎng)絡(luò)(如ATM網(wǎng)絡(luò)、IP網(wǎng)絡(luò))的發(fā)展，傳統(tǒng)的TDM業(yè)務(wù)，如語音電話業(yè)務(wù)也可以通過電路仿真使用包交換網(wǎng)絡(luò)來承載。連續(xù)、實時的TDM業(yè)務(wù)通過切片，加上報文包頭后封裝成數(shù)據(jù)包，通過包交換網(wǎng)絡(luò)將一個一個數(shù)據(jù)包發(fā)送到目的地；在目的地，去除這些數(shù)據(jù)包的包頭，并將其中的有效凈荷連接在一起，組成與源數(shù)據(jù)流一致的連續(xù)數(shù)據(jù)流，提供給用戶。由于包交換網(wǎng)絡(luò)本身固有的特性，在包交換網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包具有突發(fā)性高、抖動大的特點，互聯(lián)的多個包交換網(wǎng)絡(luò)的時鐘可能完全不同，而TDM業(yè)務(wù)要求數(shù)據(jù)以穩(wěn)定的速率均勻、不間斷地傳輸，且在傳輸過程中不能丟棄或插入任何數(shù)據(jù)，因此在目的端必須提供一個與數(shù)據(jù)源輸入時鐘相同的輸出時鐘，用來發(fā)送這些數(shù)據(jù)。
圖1是TDM業(yè)務(wù)在傳統(tǒng)窄帶網(wǎng)絡(luò)中與在包交換網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)氖疽鈭D。在傳統(tǒng)窄帶網(wǎng)絡(luò)中，TDM業(yè)務(wù)在源端每輸入一個數(shù)據(jù)即被復(fù)接到傳輸干路上進行傳輸，在目的端，一旦收到數(shù)據(jù)就立即傳輸?shù)綌?shù)據(jù)終端。而在包交換網(wǎng)絡(luò)中則不同，在源端，現(xiàn)將每個支路的數(shù)據(jù)存儲起來，直到同一支路的數(shù)據(jù)可以組成一個數(shù)據(jù)包，然后在網(wǎng)絡(luò)空閑時送入干路傳輸；在目的端，每收到一個數(shù)據(jù)包后，并不立即將其發(fā)送到數(shù)據(jù)終端，而是必須在一個與數(shù)據(jù)源輸入時鐘同頻的時鐘作用下間歇地送到數(shù)據(jù)終端。因此，如何提供一個與數(shù)據(jù)源時鐘相同的目的端發(fā)送時鐘，即如何恢復(fù)時鐘是TDM業(yè)務(wù)在包交換網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)年P(guān)鍵。
目前一種常用的時鐘恢復(fù)方法是同步剩余時標(biāo)(Synchronous ResidualTime Stamp，簡稱SRTS)時鐘恢復(fù)方法，根據(jù)ITU-T I.363.1標(biāo)準(zhǔn)，SRTS時鐘恢復(fù)方法的原理如圖2所示。在該方法中，數(shù)據(jù)的源端和目的端均有一個相同的標(biāo)準(zhǔn)時鐘Fn，該標(biāo)準(zhǔn)時鐘Fn可以通過鎖相環(huán)鎖定同一上級網(wǎng)絡(luò)時鐘來獲得，或者采用高標(biāo)準(zhǔn)時鐘源(如BITS)。在數(shù)據(jù)源端，將數(shù)據(jù)源時鐘與標(biāo)準(zhǔn)時鐘Fn比較，得到兩者的頻率差SRTS；然后頻率差SRTS隨數(shù)據(jù)一起傳輸?shù)侥康亩?；在?shù)據(jù)目的端，根據(jù)接收到的頻率差SRTS以及本地的標(biāo)準(zhǔn)時鐘Fn，目的端可以獲得數(shù)據(jù)源端的時鐘頻率，并據(jù)此產(chǎn)生一個與數(shù)據(jù)源時鐘相同的目的時鐘。
但是上述方法也存在一定的不足首先，數(shù)據(jù)源端與目的端必須有相同的標(biāo)準(zhǔn)時鐘Fn，由于需要采用模擬鎖相環(huán)等器件，因此結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，時鐘的穩(wěn)定度依賴所選用的器件質(zhì)量；其次，頻率差SRTS是隨數(shù)據(jù)一起傳輸?shù)?，如果?shù)據(jù)包丟失，會造成時鐘恢復(fù)的錯誤。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于包交換網(wǎng)絡(luò)的時分復(fù)用業(yè)務(wù)恢復(fù)時鐘的產(chǎn)生方法及裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中需要高精度的網(wǎng)絡(luò)時鐘作為參考以及采用模擬鎖相環(huán)所帶來的問題。
本發(fā)明所述時分復(fù)用業(yè)務(wù)恢復(fù)時鐘的產(chǎn)生方法，包括以下步驟步驟一，初始化恢復(fù)時鐘的中心值以及恢復(fù)時鐘的最大調(diào)整頻率；步驟二，時分復(fù)用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)輸入至先進先出緩存器中；步驟三，監(jiān)測緩存器中數(shù)據(jù)的填充程度；步驟四，判斷由恢復(fù)時鐘獲得的源時鐘是否處于捕捉范圍之內(nèi)，如果是，則保持恢復(fù)時鐘的中心值不變，將調(diào)整頻率縮小為原調(diào)整頻率的一半，轉(zhuǎn)至步驟六；如果否，則轉(zhuǎn)入步驟五；步驟五，保持恢復(fù)時鐘的調(diào)整頻率不變，判斷緩存器的填充度是否大于參考值，如果是，則將恢復(fù)時鐘的中心值加上調(diào)整頻率作為新的恢復(fù)時鐘的中心值；如果否，則將恢復(fù)時鐘的中心值減去調(diào)整頻率作為新的恢復(fù)時鐘的中心值；步驟六，輸出恢復(fù)時鐘，如果緩存填充度大于參考值，則輸出恢復(fù)時鐘為當(dāng)前恢復(fù)時鐘的中心值加上調(diào)整頻率；如果緩存填充度小于參考值，則輸出恢復(fù)時鐘為當(dāng)前恢復(fù)時鐘的中心值減去調(diào)整頻率。
步驟七，重復(fù)步驟三至步驟六，直到調(diào)整頻率等于可調(diào)整的最小頻率。
本發(fā)明恢復(fù)時鐘的產(chǎn)生裝置，至少包括地址比較器、參考值跨越計數(shù)器、定時器、中心值/調(diào)整頻率控制器、調(diào)整頻率產(chǎn)生器、脈寬調(diào)制調(diào)整單元和數(shù)控振蕩器；所述地址比較器對存儲業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的緩存器的讀寫地址進行比較，并向所述參考值跨越計數(shù)器輸出緩存跨越參考值的脈沖指示信號，同時向所述脈寬調(diào)制調(diào)整單元輸出緩存指示信號；所述參考值跨越計數(shù)器，用于對所述地址比較器輸出的緩存跨越參考值脈沖指示信號進行計數(shù)，并向所述中心值/調(diào)整頻率控制器輸出跨越次數(shù)；所述定時器定時輸出一個脈沖，將所述參考值跨越計數(shù)器清零；所述中心值/調(diào)整頻率控制器，用于判斷源時鐘是否超出捕捉范圍，并產(chǎn)生對所述調(diào)整頻率產(chǎn)生器的控制信號和向所述脈寬調(diào)制調(diào)整單元輸出恢復(fù)時鐘的中心值；所述調(diào)整頻率產(chǎn)生器，用于根據(jù)所述調(diào)整頻率控制器的控制信號，產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)整頻率，輸出給所述脈寬調(diào)制調(diào)整單元和所述中心值/調(diào)整頻率控制器；所述脈寬調(diào)制調(diào)整單元，根據(jù)緩存指示信號產(chǎn)生恢復(fù)時鐘的值，并輸出到所述數(shù)控振蕩器；所述數(shù)控振蕩器，用于產(chǎn)生實際的恢復(fù)時鐘。
其中，所述中心值/調(diào)整頻率控制器至少包括存儲器、判斷單元和中心值產(chǎn)生單元；所述存儲器用于存儲恢復(fù)時鐘的中心值和調(diào)整頻率；所述判斷單元根據(jù)所述參考值跨越計數(shù)器的輸出和所述存儲器的內(nèi)容進行判斷，判斷結(jié)果分別輸出到所述調(diào)整頻率產(chǎn)生器和所述中心值產(chǎn)生單元；所述中心值產(chǎn)生單元用于產(chǎn)生恢復(fù)時鐘的中心值，輸出給所述脈寬調(diào)制調(diào)整單元，并存儲在所述存儲器中。
所述數(shù)控振蕩器至少包括加法器和寄存器；所述加法器用于將所述脈寬調(diào)制調(diào)整單元的輸出與所述寄存器的值相加，所述寄存器自然溢出的最高位作為恢復(fù)時鐘輸出。
本發(fā)明涉及一種自動適配恢復(fù)時鐘的產(chǎn)生方法及裝置，采用本發(fā)明，只需輸入需要進行時鐘恢復(fù)的數(shù)據(jù)包，即可恢復(fù)出相應(yīng)的發(fā)送時鐘，恢復(fù)出的時鐘抖動小，穩(wěn)定性高。在本發(fā)明中，通過縮小調(diào)整頻率和對恢復(fù)時鐘中心值平移，既保證了時鐘恢復(fù)的連續(xù)性，又使得未鎖定時調(diào)整頻率的值較大，具有較寬的調(diào)整范圍，而鎖定后，調(diào)整范圍又很小，保證了恢復(fù)時鐘的穩(wěn)定性。本發(fā)明可有效解決包交換網(wǎng)絡(luò)中TDM數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r鐘問題，不需要采用高精度的網(wǎng)絡(luò)時鐘作為參考，也不需要復(fù)雜昂貴的模擬鎖相環(huán)器件，其裝置一致性好，利于生產(chǎn)，并對網(wǎng)絡(luò)傳輸引起的包抖動有很強的濾除作用。


圖1是TDM業(yè)務(wù)在傳統(tǒng)窄帶網(wǎng)絡(luò)中與在包交換網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)氖疽鈭D；圖2是現(xiàn)有SRTS時鐘恢復(fù)方法的原理示意圖；圖3是本發(fā)明時鐘恢復(fù)方法的流程圖；圖4是本發(fā)明方法中調(diào)整捕捉范圍的示意圖；圖5是實現(xiàn)本發(fā)明方法的數(shù)字鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)圖；圖6是圖5中鑒相器10的結(jié)構(gòu)圖；圖7是圖5中環(huán)路濾波器20的結(jié)構(gòu)圖；圖8是環(huán)路濾波器20中中心值/調(diào)整頻率控制器201的內(nèi)部示意圖；圖9是圖5中數(shù)控振蕩器30的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
下面根據(jù)附圖和實施例，對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)描述。
圖1和圖2均為現(xiàn)有技術(shù)的介紹，已經(jīng)在前面詳述過，此處不再贅述。
如前所述，當(dāng)TDM業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)包通過包交換傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)侥康亩撕螅瑪?shù)據(jù)包中的TDM數(shù)據(jù)凈荷被提取出來，寫入先進先出存儲器FIFO(First In FirstOut)中，寫入時鐘是包交換傳輸網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)時鐘，在FIFO的讀取端口，通過本地恢復(fù)時鐘將TDM數(shù)據(jù)從FIFO中讀出，而本地恢復(fù)時鐘即是采用本發(fā)明的方法產(chǎn)生，且產(chǎn)生的裝置可用數(shù)字鎖相環(huán)來實現(xiàn)。
下面先介紹一下本發(fā)明的基本原理。假設(shè)以存儲數(shù)據(jù)的緩存FIFO達(dá)到半滿狀態(tài)為理想狀況，如果本地恢復(fù)時鐘與理想時鐘相同，則緩存FIFO將始終維持半滿的狀態(tài)，由于輸入的數(shù)據(jù)是以包的形式，因而緩存FIFO的實時填充狀況是存儲的數(shù)據(jù)量在一半處波動，其平均值是一半，這里的半滿是指的平均值。本發(fā)明就是依據(jù)FIFO內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)量來調(diào)整本地恢復(fù)時鐘，如果FIFO內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)小于一半，則表明本地恢復(fù)時鐘高于理想時鐘；如果FIFO內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)將大于一半，則表明本地恢復(fù)時鐘低于理想時鐘。因此，當(dāng)FIFO內(nèi)的數(shù)據(jù)小于一半時便需降低本地恢復(fù)時鐘的速率，反之則提高本地恢復(fù)時鐘的速率。
本發(fā)明是采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)的方式來調(diào)整需提高或降低的時鐘速率，即如果本地恢復(fù)時鐘高于理想時鐘，便將本地恢復(fù)的時鐘降低某一頻率，反之則提高相同的頻率。在進行本地恢復(fù)時鐘的調(diào)整時，所需增加或減小的頻率值采用折半查找法(二分法)獲得。其原理是，設(shè)定某一頻率值為數(shù)字鎖相環(huán)的最大捕捉范圍，如果在給定的時間內(nèi)，F(xiàn)IFO內(nèi)的數(shù)據(jù)依然維持在半滿狀態(tài)，表明數(shù)據(jù)源時鐘在捕捉范圍內(nèi)，于是將捕捉范圍減小一半，即頻率值減小為原來的一半，繼續(xù)捕捉，每次調(diào)整后的頻率即是增加或減小的頻率值。
本發(fā)明時鐘恢復(fù)方法的流程圖見圖3。首先初始化本地恢復(fù)時鐘的中心值為源時鐘的標(biāo)稱值F0_def(即源時鐘無任何頻偏時的值)，數(shù)字鎖相環(huán)的最大捕捉范圍，即最大調(diào)整頻率為±(源時鐘最大頻偏+本地參考時鐘最大頻偏)，記為±Delta_fmax，最小捕捉范圍即最小調(diào)整頻率Delta_fmin是根據(jù)不同的系統(tǒng)確定的，在本發(fā)明中，本地參考時鐘選擇的是網(wǎng)絡(luò)時鐘(步驟1)。在捕捉過程中，將實時的恢復(fù)時鐘中心值記作F0，實際調(diào)整頻率記作Delta_f。TDM業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)被存入緩存FIFO中(步驟2)，監(jiān)測緩存FIFO內(nèi)數(shù)據(jù)的填充程度(步驟3)，將填充程度與選定的參考值進行比較。如果緩存填充度在T1時間內(nèi)在參考值上下波動，且波動次數(shù)大于給定的最大波動次數(shù)Times_max時，則認(rèn)為源時鐘處于捕捉范圍之內(nèi)(步驟4)，如果此時調(diào)整頻率Delta_f不等于最小調(diào)整頻率Delta_fmin(步驟5)，則保持當(dāng)前恢復(fù)時鐘的中心值不變，將調(diào)整頻率縮小一半，用1/2Delta_f代替當(dāng)前Delta_f(步驟6)；如果此時調(diào)整頻率Delta_f等于最小調(diào)整頻率Delta_fmin(步驟7)，則保持當(dāng)前恢復(fù)時鐘的中心值和調(diào)整頻率不變。如果緩存填充度在T2時間內(nèi)偏離參考值，且波動次數(shù)小于給定的最小波動次數(shù)Times_min時，則認(rèn)為當(dāng)前時鐘超出捕捉范圍(步驟8)，再判斷緩存填充度是否大于參考值(步驟9)，如果填充度大于參考值，則保持調(diào)整頻率Delta_f不變，用當(dāng)前恢復(fù)時鐘的中心值F0加上調(diào)整頻率Delta_f作為新的恢復(fù)時鐘的中心值(步驟10)；如果填充度小于參考值，則保持調(diào)整頻率Delta_f不變，用當(dāng)前恢復(fù)時鐘的中心值F0減去調(diào)整頻率，作為新的恢復(fù)時鐘的中心值(步驟11)。輸出恢復(fù)時鐘(步驟12)，如果緩存填充度大于參考值，則輸出的恢復(fù)時鐘為F0+Delta_f；如果緩存填充度小于參考值，則輸出的本地恢復(fù)時鐘為F0-Delta_f。繼續(xù)對緩存FIFO的填充度進行監(jiān)測，重復(fù)步驟4至步驟12，直到調(diào)整頻率Delta_f等于最小調(diào)整頻率Delta_fmin。
下面結(jié)合實施例進行具體說明。假設(shè)源時鐘為2048060Hz，初始化的恢復(fù)時鐘中心值為2048000Hz，最大調(diào)整頻率為±100Hz，則恢復(fù)時鐘為2048100Hz及2047900Hz兩種頻率值，通過改變這兩種頻率在輸出時鐘時間上所占的比例(即占空比)，就可以獲得恢復(fù)時鐘，即頻率為2048100Hz的時鐘占80％，頻率為2047900Hz的時鐘占20％，則恢復(fù)時鐘為2048100×80％+2047900×20％＝2048060Hz，也就是說，只要源時鐘在2047900Hz～2048100Hz之間，都可以通過改變占空比來獲得。但是由于時鐘的調(diào)整范圍很大，造成恢復(fù)時鐘的抖動也很大，所以需要減小調(diào)整頻率，將調(diào)整頻率減小一半，即調(diào)整頻率由原來的±100Hz變?yōu)椤?0Hz，這樣恢復(fù)的時鐘就由2048050Hz和2047950Hz構(gòu)成，但是源時鐘2048060Hz已經(jīng)不能夠通過改變2048050Hz和2047950Hz所占的比例來獲得，即超出了捕捉范圍，此時通過2048050Hz和2047950Hz所能獲得的最大時鐘為2048050Hz，由于恢復(fù)的時鐘小于源時鐘2048060Hz，所以緩存器的數(shù)據(jù)量會大于參考值，于是將恢復(fù)時鐘的中心值2048000Hz加上調(diào)整頻率50Hz，獲得新的恢復(fù)時鐘的中心值為2048050Hz，調(diào)整頻率保持不變?yōu)椤?0Hz，這樣恢復(fù)時鐘就變成通過改變2048100Hz和2048000Hz所占的比例來獲得，于是源時鐘2048060＝2048100×60％+2048000×40％，此時輸出時鐘的抖動減小一半，源時鐘重新位于捕捉范圍之內(nèi)。
對于源時鐘處于捕捉范圍之內(nèi)的情況，如果緩存填充度大于參考值，則輸出的恢復(fù)時鐘是2048000+100＝2048100Hz，如果緩存填充度小于參考值，則輸出的恢復(fù)時鐘為2048000-100＝2047900Hz；通過緩存填充度與緩存器參考值的比較，自動調(diào)整這兩個頻率所占時間的比例，從而保證輸出的時鐘平均值為源時鐘頻率。相應(yīng)的，對應(yīng)源時鐘超出捕捉范圍的情況，如果緩存填充度大于參考值，則輸出2048050+50＝2048100Hz，如果緩存填充度小于參考值，則輸出2048050-50＝2048000Hz。
在本發(fā)明中，通過縮小調(diào)整范圍來減小輸出時鐘的抖動，如果縮小調(diào)整范圍造成源時鐘超出了調(diào)整范圍，則對恢復(fù)時鐘的中心值進行平移，重新使得源時鐘進入捕捉范圍，這樣既可以減小輸出時鐘的抖動又保證源時鐘一直處于捕捉范圍之內(nèi)。如圖4所示，F(xiàn)0是數(shù)字鎖相環(huán)輸出的恢復(fù)時鐘中心值，f0是實際的源時鐘頻率，Delta_f是數(shù)字鎖相環(huán)的捕捉范圍。當(dāng)捕捉范圍是Delta_f時，源時鐘f0處于捕捉范圍內(nèi)，見(1)，因此將捕捉范圍縮小一半，見(2)，然后判斷源時鐘f0是否處于捕捉范圍內(nèi)，如果是，見(3)，則繼續(xù)將捕捉范圍縮小一半，見(4)，如果否，見(5)，則將中心值F0進行平移，以替代當(dāng)前的F0，見(6)，直到源時鐘f0重新處于捕捉范圍內(nèi)，見(7)。
如果對恢復(fù)時鐘的中心值進行平移后，源時鐘依然超出捕捉范圍，則認(rèn)為處于誤鎖定狀態(tài)，此時保持恢復(fù)時鐘的中心值不變，將調(diào)整頻率Delta_f擴大2倍作為新的調(diào)整頻率，重新進行捕捉。為了獲得更快的捕捉速度，可以根據(jù)當(dāng)前誤鎖定是偏高或偏低的情況，即當(dāng)前緩存填充度大于參考值或小于參考值，同時對恢復(fù)時鐘的中心值F0進行平移，平移的大小為擴大前的調(diào)整頻率。
當(dāng)系統(tǒng)鎖定后，還可以通過檢測緩存FIFO填充度的最大最小值，對恢復(fù)時鐘的中心值F0進行微調(diào)，其調(diào)整的范圍不大于最小調(diào)整頻率Delta_fmin。具體的方法是分別計算FIFO填充度的最大值(統(tǒng)計值)與參考值的差值以及最小值(統(tǒng)計值)與參考值的差值，如果前者的絕對值是后者絕對值的3倍以上，則用當(dāng)前恢復(fù)時鐘的中心值F0加上最小調(diào)整頻率Delta_fmin，作為新的恢復(fù)時鐘的中心值F0；反之，如果后者的絕對值是前者絕對值的3倍以上，則用當(dāng)前恢復(fù)時鐘的中心值F0減去最小調(diào)整頻率，作為新的恢復(fù)時鐘的中心值，這樣可以使脈寬調(diào)制調(diào)整進入最佳調(diào)整狀態(tài)。
最大波動次數(shù)Times_max決定了數(shù)字鎖相環(huán)的捕捉速度，取值應(yīng)略小于T1時間內(nèi)的理想波動次數(shù)，如可選擇90％或以上的T1時間內(nèi)的理想波動次數(shù)，如果網(wǎng)絡(luò)狀況好，可以適當(dāng)取較大的值，這樣捕捉準(zhǔn)確；如果網(wǎng)絡(luò)狀況差，則所取值應(yīng)小些，但容易造成誤鎖定。
最小波動次數(shù)Times_min的取值應(yīng)略大于0。如果網(wǎng)絡(luò)狀況好，則取值可以小些，失鎖判斷準(zhǔn)確；如果網(wǎng)絡(luò)狀況差，取較大的值，但易造成誤鎖定。
時間T1表示在某一調(diào)整頻率下，處理一個TDM數(shù)據(jù)包所需的時間，即T1的取值為 表示向上取整，由于調(diào)整頻率是變化的，因而時間T1也是變化的。
T2表示在某一調(diào)整頻率下，維持?jǐn)?shù)字鎖相環(huán)在失鎖狀態(tài)下繼續(xù)工作的最大時間，該時間可保證在數(shù)據(jù)緩存不溢出的情況下最大限度地吸收輸入數(shù)據(jù)包的抖動，其取值為數(shù)據(jù)包的大小/最大調(diào)整頻率＜T2＜(緩存器參考值-數(shù)據(jù)包大小-數(shù)據(jù)包的最大抖動時間×當(dāng)前恢復(fù)時鐘)/(最大調(diào)整頻率-當(dāng)前調(diào)整頻率)；其中，最大抖動時間是指實際接收某數(shù)據(jù)包的時刻與該數(shù)據(jù)包應(yīng)該到達(dá)的理想時刻的差值的最大值，該參數(shù)和傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)相關(guān)。設(shè)定T2時間的下限可避免過小的閾值而引起的時鐘調(diào)整過于頻繁，不利于時鐘鎖定；另外，為避免非預(yù)期因素造成緩存FIFO的溢出，保證系統(tǒng)更大的穩(wěn)定性，T2的最大值可以取上述公式上限的1/2或更小，然而太小的取值會造成鎖相環(huán)容易失鎖，增加恢復(fù)時鐘的抖動，但不會造成數(shù)字鎖相環(huán)不可用。
下面結(jié)合實例具體說明，該實施例所選的用于與緩存的填充度比較的參考值是緩存的一半存儲量，時鐘恢復(fù)的產(chǎn)生裝置采用數(shù)字鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)。如圖5所示的數(shù)字鎖相環(huán)包括鑒相器10、環(huán)路濾波器20以及數(shù)控振蕩器30，由網(wǎng)絡(luò)傳輸來的TDM數(shù)據(jù)包以網(wǎng)絡(luò)時鐘Fn的速率在包有效信號Wen的控制下輸入鑒相器10中，讀取數(shù)據(jù)的時鐘Rclk為數(shù)控振蕩器30輸出的恢復(fù)時鐘。
假設(shè)輸入的TDM數(shù)據(jù)的源時鐘為2.048MHz，每376bit組成一個TDM數(shù)據(jù)包，網(wǎng)絡(luò)時鐘Fn為50MHz，數(shù)控振蕩器30采用的是25位計數(shù)器，最大調(diào)整頻率Delta_fmax取128個計數(shù)單位，即128/225×50×106＝190Hz，最小調(diào)整頻率Delta_fmin是2Hz。
如圖6所示，鑒相器10包括緩存數(shù)據(jù)的緩存FIFO 101、上升沿檢測電路102、地址比較器103、參考值跨越計數(shù)器104和定時器105。緩存FIFO 101是同步FIFO，其大小為4kbit，因此本實施例中的參考值為2kbit。網(wǎng)絡(luò)送來的數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)時鐘Fn的上升沿寫入緩存FIFO 101中，信號Wen表明當(dāng)前寫入的數(shù)據(jù)有效，每寫入1bit數(shù)據(jù)寫地址Waddr就加1，當(dāng)信號Wen無效時，數(shù)據(jù)不能寫入緩存FIFO 101中，寫地址Waddr不進行累加。在緩存FIFO 101的讀取端口，數(shù)控振蕩器30返回的恢復(fù)時鐘Rclk在上升沿檢測電路102中通過網(wǎng)絡(luò)時鐘Fn采樣其上升沿，獲得緩存FIFO 101的讀取使能脈沖信號Ren，當(dāng)信號Ren有效時，緩存FIFO 101中的數(shù)據(jù)被讀取出來，緩存FIFO 101的讀地址Raddr加1。地址比較器103比較緩存FIFO 101的讀寫地址Waddr和Raddr，讀寫地址的差值就是當(dāng)前緩存FIFO 101的填充度；當(dāng)緩存FIFO 101緩存的數(shù)據(jù)量由小于2kbit變?yōu)榇笥?kbit，或者由大于2kbit變?yōu)樾∮?kbit時，地址比較器103就輸出一個緩存跨越半滿的脈沖指示信號給參考值跨越計數(shù)器104，同時還輸出緩存狀態(tài)指示信號控制環(huán)路濾波器20中的脈寬調(diào)制調(diào)整單元204。參考值跨越計數(shù)器104每獲取一個脈沖指示信號就加1，并將統(tǒng)計的跨越次數(shù)輸出給環(huán)路濾波器20。定時器105每1秒輸出一個定時脈沖，將參考值跨越計數(shù)器清零，因此在清零前，參考值跨越計數(shù)器104輸出的計數(shù)值就是緩存FIFO 101的數(shù)據(jù)量相對于半滿狀態(tài)發(fā)生變化的次數(shù)。在理想情況下，每個TDM數(shù)據(jù)包寫入緩存FIFO 101中，緩存FIFO 101的數(shù)據(jù)量就由小于2kbit到大于2kbit變化一次，數(shù)據(jù)包的寫入時間為376×20ns＝7.52us，兩次寫入的操作間隙為376/2048000×106-7.52＝176.07375us。在寫入間隙，由于數(shù)據(jù)的讀取，緩存FIFO 101的數(shù)據(jù)量又由大于2kbit到小于2kbit變化一次，因此在定時器105輸出的定時脈沖到來之時，參考值跨越計數(shù)器104的理想計數(shù)值為2048000/376×2＝10893。
如圖7所示，環(huán)路濾波器20包括中心值/調(diào)整頻率控制器201、調(diào)整頻率產(chǎn)生器202和脈寬調(diào)制調(diào)整單元203。中心值/調(diào)整頻率控制器201根據(jù)鑒相器10輸出的跨越次數(shù)判斷源時鐘是否處于捕捉范圍之內(nèi)，并根據(jù)判斷結(jié)果控制調(diào)整頻率產(chǎn)生器202產(chǎn)生調(diào)整頻率，同時向脈寬調(diào)制調(diào)整單元輸出恢復(fù)時鐘的中心值，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8所示。
中心值/調(diào)整頻率控制器201進一步包括判斷單元2011、存儲器2012和中心值產(chǎn)生單元2013，判斷單元2011判斷在T1時間內(nèi)的跨越次數(shù)是否均超過最大波動次數(shù)Times_max以及判斷在T2時間內(nèi)的跨越次數(shù)是否均小于最小波動次數(shù)Times_min，其中T1的取值為T1＞376/Delta_f，當(dāng)調(diào)整頻率Delta_f＝Delta_fmax＝190Hz時，T1取2秒；當(dāng)調(diào)整頻率Delta_f＝Delta_fmin＝1.5Hz時，T1取256秒，最大波動次數(shù)Times_max＝2048000/376×2×90％×T1＝9800×T1；T2＞2048×25％/Delta_fmax，這里T2取3秒。如果超過最大波動次數(shù)Times_max，則表明源時鐘處于捕捉范圍之內(nèi)，判斷單元2011向中心值產(chǎn)生單元2013和調(diào)整頻率產(chǎn)生器202輸出“恢復(fù)時鐘中心值不變、調(diào)整頻率減半”的控制信號，根據(jù)該控制信號，中心值產(chǎn)生單元輸出當(dāng)前的恢復(fù)時鐘中心值，調(diào)整頻率產(chǎn)生器202將調(diào)整頻率減小一半后輸出。如果小于最小波動次數(shù)，則表明源時鐘超出捕捉范圍，進一步判斷恢復(fù)時鐘的中心值F0是否平移過，如果沒有平移過，則判斷單元2011向中心值產(chǎn)生單元2013和調(diào)整頻率產(chǎn)生器202輸出“恢復(fù)時鐘中心值平移、調(diào)整頻率不變”的控制信號，中心值產(chǎn)生單元2013收到該信號后，產(chǎn)生新的恢復(fù)時鐘的中心值，當(dāng)緩存填充度大于一半時為F0+Delta_f，當(dāng)緩存填充度小于一半時為F0-Delta_f；調(diào)整頻率產(chǎn)生器202輸出當(dāng)前的調(diào)整頻率。如果恢復(fù)時鐘的中心值F0已經(jīng)平移過，則判斷單元2011向中心值產(chǎn)生單元2013和調(diào)整頻率產(chǎn)生器202輸出“恢復(fù)時鐘中心值不變、調(diào)整頻率增倍”的控制信號，中心值產(chǎn)生單元輸出當(dāng)前的恢復(fù)時鐘的中心值，調(diào)整頻率產(chǎn)生器202將調(diào)整頻率擴大一倍后輸出。脈寬調(diào)制調(diào)整單元203接收調(diào)整頻率產(chǎn)生器202輸出的調(diào)整頻率Delta_f和中心值產(chǎn)生單元2013輸出的恢復(fù)時鐘的中心值F0，并根據(jù)地址比較器103輸出的緩存狀態(tài)指示信號，向數(shù)控振蕩器30輸出恢復(fù)時鐘的值K＝F0±Delta_f，當(dāng)緩存填充度大于一半時取“+”，當(dāng)緩存小于一半時取“-”。
如圖9所示，數(shù)控振蕩器30包括25bit加法器301和25bit寄存器302，加法器301將寄存器302鎖存的值與脈寬調(diào)制調(diào)整單元204輸出的K值累加，寄存器302由于累加發(fā)生自然溢出，最高位即是恢復(fù)時鐘Rclk＝50M×K/225。
在本實施例中，恢復(fù)時鐘的中心值F0的初始值F0_def＝1374389，調(diào)整頻率的初始值Delta_fmax＝128，此時輸出的恢復(fù)時鐘的中心頻率Rclk＝50M×1374389/225＝2.047999MHz。
F0經(jīng)過平移后，輸出的恢復(fù)時鐘Rclk的中心頻率為Rclk＝Fn×(F0_def±Delta_fmax±Delta_fmax×2-1±Delta_fmax×2-2±......±Delta_fmax×2-6±Delta_fmax×2-7)/225；即Fn×(F0_def-(Delta_fmax×2-1))/225≤Rclk≤Fn×(F0_def+(Delta_fmax×2-1))/225；當(dāng)數(shù)字鎖相環(huán)鎖定后，恢復(fù)時鐘Rclk的抖動為Rclk_jitt≤Fn×(Delta_fmax×2-7)/225；即輸入TDM數(shù)據(jù)的源時鐘在Fn×(F0_def±(Delta_fmax×2-1))內(nèi)都能夠采用本發(fā)明跟蹤到，只要跟蹤后的輸出時鐘不失鎖，就不會隨輸入數(shù)據(jù)的抖動而抖動，因為抖動的最大值是Fn×(Delta_f_def×2-7)/225。
由于輸出恢復(fù)時鐘的調(diào)整采用的是脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式，因此在任意一個捕捉態(tài)均可自動通過占空比的調(diào)整來獲得處于當(dāng)前調(diào)整范圍內(nèi)的任意時鐘頻率，對應(yīng)本實施例，共有7個捕捉態(tài)，對應(yīng)7個不同的Delta_f值，且后一個值為前一個值的二分之一，最小調(diào)整頻率Delta_fmin為Fn×(((F0+Delta_f)-(F0-Delta_f))/Fn)/225＝Delta_f/224Hz。采用PWM調(diào)整方式，可以使網(wǎng)絡(luò)性能不佳帶來的數(shù)據(jù)包抖動不被數(shù)字鎖相環(huán)識別，因此不會導(dǎo)致數(shù)字鎖相環(huán)由于數(shù)據(jù)抖動而輸出過于抖動的恢復(fù)時鐘。
另外，當(dāng)數(shù)字鎖相環(huán)鎖定后，依然可以進行微調(diào)，微調(diào)的最大值是Rclk_jitt，通過此微調(diào)可以消除鎖定過程中殘留在數(shù)據(jù)緩存中的多余數(shù)據(jù)，保證為實現(xiàn)時鐘恢復(fù)而加入的數(shù)據(jù)緩存對數(shù)據(jù)造成的延時的一致性。
最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種時分復(fù)用業(yè)務(wù)恢復(fù)時鐘的產(chǎn)生方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一，初始化恢復(fù)時鐘的中心值以及恢復(fù)時鐘的最大調(diào)整頻率；步驟二，時分復(fù)用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)輸入至先進先出緩存器中；步驟三，監(jiān)測緩存器中數(shù)據(jù)的填充程度；步驟四，判斷由恢復(fù)時鐘獲得的源時鐘是否處于捕捉范圍之內(nèi)，如果是，則保持恢復(fù)時鐘的中心值不變，將調(diào)整頻率縮小為原調(diào)整頻率的一半，轉(zhuǎn)至步驟六；如果否，則轉(zhuǎn)入步驟五；步驟五，保持恢復(fù)時鐘的調(diào)整頻率不變，判斷緩存器的填充度是否大于參考值，如果是，則將恢復(fù)時鐘的中心值加上調(diào)整頻率作為新的恢復(fù)時鐘的中心值；如果否，則將恢復(fù)時鐘的中心值減去調(diào)整頻率作為新的恢復(fù)時鐘的中心值；步驟六，輸出恢復(fù)時鐘，如果緩存填充度大于參考值，則輸出恢復(fù)時鐘為當(dāng)前恢復(fù)時鐘的中心值加上調(diào)整頻率；如果緩存填充度小于參考值，則輸出恢復(fù)時鐘為當(dāng)前恢復(fù)時鐘的中心值減去調(diào)整頻率。步驟七，重復(fù)步驟三至步驟六，直到調(diào)整頻率等于可調(diào)整的最小頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時分復(fù)用業(yè)務(wù)恢復(fù)時鐘的產(chǎn)生方法，其特征在于，所述步驟一中恢復(fù)時鐘中心值的初始值為源時鐘的標(biāo)稱值；最大調(diào)整頻率為±(源時鐘最大頻偏+本地參考時鐘最大頻偏)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時分復(fù)用業(yè)務(wù)恢復(fù)時鐘的產(chǎn)生方法，其特征在于，所述步驟四的判斷步驟進一步包括，判斷緩存填充度在T1時間內(nèi)在參考值上下波動的波動次數(shù)是否大于最大波動次數(shù)，如果是，則表明源時鐘處于捕捉范圍之內(nèi)；如果否，則判斷緩存填充度在T2時間內(nèi)偏離參考值的波動次數(shù)是否小于最小波動次數(shù)，如果是，則表明源時鐘超出捕捉范圍；如果否，則保持當(dāng)前狀態(tài)，返回步驟三；其中T1表示在某一調(diào)整頻率下，處理一個數(shù)據(jù)包所需的時間；T2表示在某一調(diào)整頻率下，維持?jǐn)?shù)字鎖相環(huán)在失鎖狀態(tài)下繼續(xù)工作的最大時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的時分復(fù)用業(yè)務(wù)恢復(fù)時鐘的產(chǎn)生方法，其特征在于，所述T1的取值為 表示向上取整；所述T2的取值為數(shù)據(jù)包的大小/最大調(diào)整頻率＜T2＜(緩存器參考值-數(shù)據(jù)包大小-數(shù)據(jù)包的最大抖動時間×當(dāng)前恢復(fù)時鐘)/(最大調(diào)整頻率-當(dāng)前調(diào)整頻率)；其中，最大抖動時間是指實際接收某數(shù)據(jù)包的時刻與該數(shù)據(jù)包應(yīng)該到達(dá)的理想時刻的差值的最大值，與傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)相關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的時分復(fù)用業(yè)務(wù)恢復(fù)時鐘的產(chǎn)生方法，其特征在于，所述最大波動次數(shù)為緩存填充度在T1時間內(nèi)在參考值上下波動的理想波動次數(shù)的90％；所述最小波動次數(shù)不小于0。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的時分復(fù)用業(yè)務(wù)恢復(fù)時鐘的產(chǎn)生方法，其特征在于，所述理想波動次數(shù)＝源時鐘的頻率值/數(shù)據(jù)包的大小×2×T1，其中T1表示在某一調(diào)整頻率下，處理一個數(shù)據(jù)包所需的時間。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的時分復(fù)用業(yè)務(wù)恢復(fù)時鐘的產(chǎn)生方法，其特征在于，所述T2的最大值選為其上限值的1/2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一所述的時分復(fù)用業(yè)務(wù)恢復(fù)時鐘的產(chǎn)生方法，其特征在于，所述參考值是整個緩存數(shù)據(jù)量的一半。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一所述的時分復(fù)用業(yè)務(wù)恢復(fù)時鐘的產(chǎn)生方法，其特征在于，如果源時鐘超出捕捉范圍，則在轉(zhuǎn)至所述步驟五之前還包括判斷恢復(fù)時鐘的中心值是否已平移的步驟，如果是，則保持恢復(fù)時鐘的中心值不變，將調(diào)整頻率擴大為原來的2倍作為新的調(diào)整頻率，轉(zhuǎn)至步驟六；如果否，則轉(zhuǎn)至步驟五。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的時分復(fù)用業(yè)務(wù)恢復(fù)時鐘的產(chǎn)生方法，其特征在于，在所述判斷恢復(fù)時鐘的中心值是否已平移的步驟中，如果恢復(fù)時鐘的中心值已經(jīng)平移，則在將調(diào)整頻率擴大為原來的2倍的同時，根據(jù)當(dāng)前緩存填充度與參考值的關(guān)系，對恢復(fù)時鐘的中心值進行調(diào)整，即如果緩存填充度大于參考值，則恢復(fù)時鐘的中心值調(diào)整為當(dāng)前恢復(fù)時鐘的中心值加上調(diào)整頻率，如果緩存填充度小于參考值，則恢復(fù)時鐘的中心值調(diào)整為當(dāng)前恢復(fù)時鐘的中心值減去調(diào)整頻率。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至7、10任一所述的時分復(fù)用業(yè)務(wù)恢復(fù)時鐘的產(chǎn)生方法，其特征在于，所述方法還包括在恢復(fù)時鐘被鎖定后，對恢復(fù)時鐘的中心值進行微調(diào)的步驟，具體包括計算緩存填充度的最大值與參考值的差值以及最小值與參考值的差值，如果前者的絕對值是后者絕對值的3倍以上，則將恢復(fù)時鐘的中心值加上最小調(diào)整頻率，作為新的恢復(fù)時鐘的中心值；如果后者的絕對值是前者絕對值的3倍以上，則將恢復(fù)時鐘的中心值減去最小調(diào)整頻率，作為新的恢復(fù)時鐘的中心值。
12.一種時分復(fù)用業(yè)務(wù)恢復(fù)時鐘的產(chǎn)生裝置，其特征在于，至少包括地址比較器(103)、參考值跨越計數(shù)器(104)、定時器(105)、中心值/調(diào)整頻率控制器(201)、調(diào)整頻率產(chǎn)生器(202)、脈寬調(diào)制調(diào)整單元(203)和數(shù)控振蕩器(30)；所述地址比較器(103)對存儲業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的緩存器(101)的讀寫地址進行比較，并向所述參考值跨越計數(shù)器(104)輸出緩存跨越參考值的脈沖指示信號，同時向所述脈寬調(diào)制調(diào)整單元(203)輸出緩存指示信號；所述參考值跨越計數(shù)器(104)，用于對所述地址比較器(103)輸出的緩存跨越參考值脈沖指示信號進行計數(shù)，并向所述中心值/調(diào)整頻率控制器(201)輸出跨越次數(shù)；所述定時器(105)定時輸出一個脈沖，將所述參考值跨越計數(shù)器(104)清零；所述中心值/調(diào)整頻率控制器(201)，用于判斷源時鐘是否超出捕捉范圍，并產(chǎn)生對所述調(diào)整頻率產(chǎn)生器(202)的控制信號和向所述脈寬調(diào)制調(diào)整單元(203)輸出恢復(fù)時鐘的中心值；所述調(diào)整頻率產(chǎn)生器(202)，用于根據(jù)所述中心值/調(diào)整頻率控制器(201)的控制信號，產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)整頻率，輸出給所述脈寬調(diào)制調(diào)整單元(203)和所述中心值/調(diào)整頻率控制器(201)；所述脈寬調(diào)制調(diào)整單元(203)，根據(jù)緩存指示信號產(chǎn)生恢復(fù)時鐘的值，并輸出到所述數(shù)控振蕩器(30)；所述數(shù)控振蕩器(30)，用于產(chǎn)生實際的恢復(fù)時鐘。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的時分復(fù)用業(yè)務(wù)恢復(fù)時鐘的產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述中心值/調(diào)整頻率控制器(201)至少包括存儲器(2012)、判斷單元(2011)和中心值產(chǎn)生單元(2013)；所述存儲器(2012)用于存儲恢復(fù)時鐘的中心值和調(diào)整頻率；所述判斷單元(2011)根據(jù)所述參考值跨越計數(shù)器(104)的輸出和所述存儲器(2012)的內(nèi)容進行判斷，判斷結(jié)果分別輸出到所述調(diào)整頻率產(chǎn)生器(203)和所述中心值產(chǎn)生單元(2013)；所述中心值產(chǎn)生單元(2013)用于產(chǎn)生恢復(fù)時鐘的中心值，輸出給所述脈寬調(diào)制調(diào)整單元(203)，并存儲在所述存儲器(2012)中。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的時分復(fù)用業(yè)務(wù)恢復(fù)時鐘的產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述數(shù)控振蕩器(30)至少包括加法器(301)和寄存器(302)；所述加法器(301)用于將所述脈寬調(diào)制調(diào)整單元(203)的輸出與所述寄存器(302)的值相加，所述寄存器(302)自然溢出的最高位作為恢復(fù)時鐘輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及時分復(fù)用業(yè)務(wù)恢復(fù)時鐘的產(chǎn)生方法，應(yīng)用于包交換網(wǎng)絡(luò)的時分復(fù)用業(yè)務(wù)傳輸，通過監(jiān)控時分復(fù)用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在緩存器中的填充程度，判斷源時鐘是否處于捕捉范圍之內(nèi)，如果是，則將調(diào)整頻率縮小為當(dāng)前調(diào)整頻率的一半；如果否，則判斷緩存器的填充程度是否大于參考值，如果大于則將當(dāng)前恢復(fù)時鐘的中心值加上當(dāng)前的調(diào)整頻率；如果小于則將當(dāng)前恢復(fù)時鐘的中心值減去當(dāng)前的調(diào)整頻率；輸出恢復(fù)時鐘，并繼續(xù)捕捉，直到調(diào)整頻率等于可調(diào)整的最小頻率。采用本發(fā)明，只需輸入需要進行時鐘恢復(fù)的數(shù)據(jù)包，即可恢復(fù)出相應(yīng)的穩(wěn)定的發(fā)送時鐘；本發(fā)明不需要采用高精度的網(wǎng)絡(luò)時鐘作為參考，也不需要復(fù)雜昂貴的模擬鎖相環(huán)器件，對網(wǎng)絡(luò)傳輸引起的包抖動有很強的濾除作用。
文檔編號H04J3/06GK1543100SQ0312283
公開日2004年11月3日 申請日期2003年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月30日
發(fā)明者洪建明, 趙峻, 譚培龍, 劉昱 申請人:華為技術(shù)有限公司