CN100426679C - 对数字信号采样的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种减小抖动的过采样技术，为了在指定的带宽约束内获得改进的抖动性能，在时间间隔t内发生的n个周期性采样时钟脉冲中每一个脉冲处，接收机(140)对数字信号(11)采样，其中n如此选择：log2(n+1)是大于0的整数(x)。在每个间隔t处，接收机生成x+1比特的样本值，其第一比特表示被采样的数字信号的值，而其他的x比特一起表示在该数字信号状态发生改变时状态改变的那个采样间隔。当确实发生改变时，接收机在解码时反转每个样本值的第一比特，以与数字信号中的改变相一致。

Description

对数字信号采样的方法和装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2003年10月23日提交的美国专利申请序列号10/692,079在35U.S.C.120下的优先权，而该申请根据35U.S.C.119(e)要求了于2003年3月21日提交的美国临时专利申请序列号60/454,582的优先权，这两个申请的教导都被结合于此。
技术领域
本发明涉及一种用于对异步数字信号采样以获得减小的抖动性能的技术。
背景技术
在各种类型的电子系统中，需要对数字信号采样以确定其状态(即，确定该信号是逻辑“1”还是逻辑“0”电平)。实际中，这种采样通常是响应周期性的采样时钟脉冲而周期性发生的。理想情况下，采样应该以足够高的频率发生，以最小化抖动，其中抖动通常被定义为从被采样信号的状态改变到下一采样时钟脉冲之间的时间的不确定性。在最坏的情形中，被采样的信号恰在采样时钟出现后改变状态，从而要过去几乎整个采样时钟间隔，才会对输入信号再次采样。
增加采样频率将减小时间不确定性，并由此改进抖动性能。然而，增加采样频率将导致更多的样本。在某些电子系统中，带宽约束限制了在给定间隔内能够传输的样本的数目。在这种系统中，对于抖动性能的改进，存在有限的机会。
于是，需要一种在带宽受限系统中增进抖动性能的技术。
发明内容
简而言之，根据本发明的优选实施例，提供了一种对数字信号采样的方法，其获得了改进的抖动性能。该方法在给定的间隔内对数字信号采样n次，其中n如此选择：log2(n+1)是大于0的整数x。在每个间隔t之后，生成x+1比特的数据块。第一比特代表被采样信号的状态，而其他x比特表示发生改变(如果发生了改变的话)的采样间隔(即，n个时钟脉冲中特定一个脉冲)。如果改变确实发生，则在解码时反转样本值，以与样本值在所表示的采样间隔内发生的改变相一致。
附图说明
图1示出了根据对异步数字信号采样的现有技术的装置的示意框图；
图2的时序示出了被采样的数字信号、所获得的样本值以及由图1中的采样时钟所生成的采样时钟脉冲之间在时间上的关系；
图3示出了根据本发明的原理用于对异步数字信号采样且具有改进的抖动性能的装置的示意框图；以及
图4的时序示出了被采样的数字信号、所获得的样本值以及由图3中的采样时钟所生成的采样时钟脉冲之间在时间上的关系。
具体实施方式
图1示出了用于对由发射机12所生成的异步数字信号11进行采样的现有技术的装置10。发射机12可以采取任何类型的产生异步数字输出信号的数字设备的形式。换言之，发射机12的输出信号11周期性地在逻辑“1”电平和逻辑“0”电平之间改变状态。采样装置10包括接收机14，其耦合到发射机12的输出，以便响应来自采样时钟16的周期性时钟脉冲15的序列中每个脉冲来检测信号儿的状态。采样时钟16在持续时间为t的间隔内生成m个均匀间隔的时钟脉冲15。在所图示的实施例中，m＝5，但是m的值可以更大或更小。
图2的时序图示出了图1的发射机12的输出信号11与图1的采样时钟16所生成的时钟脉冲15之间在时间上的关系。在图2所示的示例中，在图1的采样时钟16所生成的时钟脉冲15中第二个脉冲出现后不久，信号11经历了从逻辑“1”状态到逻辑“0”电平的转变。在接收到第二个时钟脉冲15之后，图1的接收机14将再次对信号11采样。一旦发现信号11处于逻辑“1”电平，接收机14将维持图2中的其输出信号20为与先前一样的逻辑“1”电平。接收机14的输出信号20保持这一逻辑状态，直至在接收到下一(即，第三)时钟脉冲15之后的下一采样间隔。当还是使用图1的采样时钟16作为时钟时(即，第四时钟脉冲出现)，图2的接收机14现在发现信号11的幅度已经降到逻辑“0”电平。因此，图2所示的接收机输出信号现在下降到逻辑“0”电平。
图2所示的接收机输出信号20的阴影部分对应于信号11的状态改变与接收机输出信号的状态改变之间的滞后。该滞后，在本领域中称为抖动，是由于异步信号的周期性采样引起的，并且可以持续直至一个时钟周期。增加采样速率(即，增加每个时间间隔t中的采样时钟脉冲数)将导致更多的样本，由此减小抖动量。然而，某些电子系统具有带宽约束，这限制了在给定间隔内可以传输的样本的数目。在这种系统中，不存在增加采样速率来改进抖动性能的选择。
图3示出了根据本发明优选实施例的系统100的示意框图，该系统100用于对发射机12所产生的异步数字信号11进行采样，以便在保持带宽约束同时改进抖动性能。系统100包括接收机140，其在接收到时钟160所生成的周期性时钟脉冲150的序列中每个脉冲时对输出信号11采样。与图1的采样时钟16在每个间隔t内生成m个均匀间隔的周期性脉冲15相比，图3的采样时钟160在相同的间隔t内生成n个均匀间隔的脉冲150，其中n＞m。在所图示的实施例中，n＝15，但是n可以采用更大或更小的值，只要log2(n+1)是大于0的整数x。不是像图1的接收机14那样生成单个比特的采样值，图3的接收机140而是在每个间隔t内生成由x+1比特的字200组成的样本。x+1比特的字200表示信号11的采样值，并且还标识出了在间隔t内的n个时钟周期中信号11的状态改变(如果确实发生这种改变的话)的特定一个时钟周期。
图4的时序图示出了图2的发射机12所生成的信号11与时钟160所生成的脉冲150之间在时间上的关系。如图4所示，在每个持续时间为t的采样间隔期间，图1的接收机140接收15个时钟脉冲150中连续的一个，每个脉冲使接收机对输入信号11采样。在每个间隔t的末端，接收机140生成5比特的字200，其第一比特(后文称为“参考数据”比特)表示输入信号11的状态。其余四个比特一起标识出在间隔t内的15个时钟周期中信号11改变状态的特定一个时钟周期(如果发生改变的话)。
从图4所示的时序图可以理解，5比特样本的最后四个比特将唯一地标识出间隔t内15个时钟脉冲中的每个脉冲。例如，在15个时钟脉冲的时间中没有发生改变时4比特的二进制字(0000)会标识出15个脉冲中的第一个脉冲，而在此时发生改变时，4比特的二进制字(1111)标识出第15个时钟脉冲。以这种方式，由图3的接收机140生成的5比特样本在每个间隔t内提供了单个样本，其精度与15个单独的样本相同，这样，改进了抖动性能，而不会违背带宽约束。如果信号的值确实发生了改变，则5比特字200中的样本值在解码时反转，以与样本中发生的改变一致。
接收机140所执行的采样方法形成了步长编码的形式，这导致了长度为x比特且精度与n个样本相同的单个样本，其中假设log2(n+1)＝x。这种方案用给定通信链路带宽的最大样本获取速率换取了改进的抖动性能。在所图示的实施例中，获得了3.2∶1的压缩因子(5个周期中16个样本)，因此抖动减小了相同的比例。其他压缩因子也是可以的。
这种方法的唯一缺点是，信号11在每个间隔t内不能经历多于一次的状态改变。换言之，信号11在每个RLEDB内不能经历多次改变。如果信号11在每个RLEDB内状态改变了两次或更多次，则将丢失数据。
前面描述了一种具有改进的抖动性能而同时维持带宽约束的对异步信号采样的技术。

Claims (8)

1、 一种用于对数字信号采样的方法，其在指定的带宽约束内获得改进的抖动性能，所述方法包括如下步骤：
在每个间隔t内周期性地对所述数字信号采样n次，其中n如此选择：log2(n+1)是大于0的整数(x)；
在每个间隔t后生成x+1比特的样本值，所述样本值的第一比特表示被采样的数字信号的值，而其他的x比特一起表示在所述数字信号发生改变时数字信号状态改变的那个采样间隔，以及
在解码时反转每个样本值的第一比特，以与所述数字信号中的改变相一致。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中n＝15，且x＝4。
3、 一种用于对数字信号采样的装置，其在指定的带宽约束内获得改进的抖动性能，所述装置包括：
采样时钟，用于在每个间隔t内生成n个周期性时钟脉冲，其中n如此选择：log2(n+1)是大于0的整数(x)；
接收机，用于在每个间隔t之后生成x+1比特的样本值，所述样本值的第一比特表示被采样的数字信号的值，而其他的x比特一起表示在所述数字信号发生改变时数字信号的状态改变的那个采样间隔，以及所述接收机在解码所述样本时反转每个样本值的第一比特，以与所述数字信号中的改变相一致。
4、 根据权利要求3所述的装置，其中n＝15，且x＝4。
5、 一种用于对数字信号采样的方法，其在指定的带宽约束内获得改进的抖动性能，所述方法包括如下步骤：
在每个间隔t内周期性地对所述数字信号采样n次，其中n如此选择：log2(n)＝＜x，其中x是整数；
在每个间隔t后生成x+1比特的样本值，所述样本值的第一比特表示被采样的数字信号的值，而其他的x比特一起表示在所述数字信号发生改变时数字信号状态改变的那个采样间隔，以及
在解码时反转每个样本值的第一比特，以与所述数字信号中的改变相一致。
6、 根据权利要求5所述的方法，其中n＝15，且x＝4。
7、 一种用于对数字信号采样的装置，其在指定的带宽约束内获得改进的抖动性能，所述装置包括：
采样时钟，用于在每个间隔t内生成n个周期性时钟脉冲，其中n如此选择：log2(n)＝＜x，其中x是整数；
接收机，用于在每个间隔t之后生成x+1比特的样本值，所述样本值的第一比特表示被采样的数字信号的值，而其他的x比特一起表示在所述数字信号发生改变时数字信号的状态改变的那个采样间隔，以及所述接收机在解码所述样本时反转每个样本值的第一比特，以与所述数字信号中的改变相一致。
8、 根据权利要求7所述的装置，其中n＝15，且x＝4。
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