CN100505615C - 在两个时钟域间交换数据信号的装置 - Google Patents

Abstract

一种在第一时钟域和第二时钟域之间传递数据信号的装置，它包含相耦合的串行存储单元和并行存储单元。该串行存储单元比该并行存储单元多包含至少一个额外的用于存储所述数据信号的存储位置。

Description

在两个时钟域间交换数据信号的装置

本发明涉及一种在第一时钟域和第二时钟域之间交换数据信号的装置。

美国专利US5619506描述了脉冲填充同步系统在用同步时钟信号同步数据信号的过程中等待时间抖动是如何被减小的。该方法包含对脉冲填充比率的监测。如果脉冲填充比率超过了规定的最大比率，则同步时钟信号的频率将被改变，所以抖动的量可被减小。

然而，这种方法的缺点是它并不总是可行的或者说不总是允许适配同步时钟信号。通常在脉冲填充同步系统是主时钟的情况下这种方法是可行的。此外，填充比特在数据流中引入错误。在某些情况下这可能会导致问题发生。在这方面可能会考虑到的是数据信号是音频采样的情况。在这种情况下填充比特可能是音频信号中音频失真发生的原因。

本发明的目的是当抖动减小时不一定需要时钟信号的适配也能够同步来自第一时钟域中的数据信号与来自第二时钟域中的时钟信号。通过一种装置来达到这个目的，这种装置包含串行存储单元和与该串行存储单元相耦合的并行存储单元，该串行存储单元比并行存储单元多包含至少一个用于该数据信号的存储位置。

通过互相耦合的并行和串行存储单元来实现在两个时钟城间传递数据信号时，由于该串行存储单元多包含至少一个存储位置，所以产生了额外的存储容量。因此过度写入的比特可被临时存储起来。这样数据丢失得更少并且所需的填充比特也更少。

另一依据本发明的实施方案的特征在于，用于将数据信号写入到串行存储单元的第一控制信号能从第一时钟信号得到，该第一时钟信号被安排用于在该第一时钟域中同步该数据信号，还在于用于从并行存储单元中读取该数据信号的第二控制信号能从第二时钟信号得到，该第二时钟信号被安排用于在第二时钟域中同步该数据信号。这使得对串行存储单元的写入依赖于用于把数据信号读入到第一时钟城的第一时钟信号。从并行存储单元的读出依赖于用于第二时钟域中数据信号同步的第二时钟信号。

下一个依据本发明的实施方案的特征在于，用于从串行存储单元中读取数据信号的第三控制信号能从第一时钟信号得到，该第一时钟信号被安排用于在第一时钟域中同步该数据信号，还在于用于将该数据信号写入到并行存储单元中的第四控制信号能从第二时钟信号得到，该第二时钟信号被安排用于在第二时钟域中同步数据信号。结果，用于并行存储单元写入的控制信号变得依赖于第二时钟域中的时钟信号而串行存储单元读出的控制信号变得依赖于来自第一时钟域的时钟信号。

另一依据本发明的实施方案的特征在于，该装置被设计来适配该数据信号的采样速率。这样当该信号在每个时钟城内被以不同的频率进行采样时允许时钟域间交换信号。

又一个依据本发明的实施方案的特征在于，该装置被设计来改变数据信号的调制方案。这允许在数据信号被不同地调制的时钟域间传递信号。

图1显示了本发明的一种可能的应用，

图2显示了几种抖动影响，

图3显示了根据本发明的第一实现方案，

图4显示了根据本发明的第二实现方案，

图5显示了根据本发明的第三实现方案，

图6显示了根据本发明的第四实现方案。

图1显示了本发明的一种可能的应用，这里数据信号是音频采样。在图1中一个用户使用无线头戴耳机5和另一个使用固定电话7的用户保持会话。为了使两个用户5和7之间有可能通信，必须建立一个在无线头戴耳机5和固定电话7之间的连接。这个连接由不同的单元组成。开始时，在无线头戴耳机5和相关联的收发器19之间的无线连接17被建立，接着在移动电话3和基站1之间的无线连接15被建立。基站1和固定电话7被线路9和23分别连接到公共交换电话网PSTN21.在会话过程中无线头戴耳机5将把语音转换成音频采样，并把音频采样由线路17送到收发器19。反之，无线头戴耳机5将把它从收发器19接收到的音频采样进行解码并将它们转换成可听懂的消息。

在图1中定义了两个时钟域11和13。在这个上下文中提到的时钟域是一个假定的域，在此域中音频采样被同步到一个时钟信号或来源于此时钟信号的信号。来自第一时钟域11的时钟信号由基站1决定，来自第二时钟域13中的时钟信号由无线头戴耳机5决定。因此，当音频采样从一个时钟域改变到另一个11或13时，该音频采样的同步也随之改变。最后旧时钟域中现有的同步被解除耦合并被新时钟域中的同步信号所替代。

图2显示了抖动的几种影响。图2a)中显示了参考信号的25个脉冲。图2b)中显示了与参考信号同步的第二信号。在这个上下文中同步被理解为信号的两个连续脉冲总是彼此等距的而且除此之外这些脉冲和参考信号的脉冲总是保持一致的。图2c)显示了一个被抖动所影响的信号，即两个连续脉冲之间的距离不再相等，而更甚者，脉冲不再和参考信号的脉冲保持一致。抖动的特性是它会使时钟频率发生短暂的偏移，然而随着时间的推移时钟频率平均起来是稳定的。正是这种特性使得减小抖动对数据信号的影响成为可能。

图3显示了一种根据本发明的装置30，其中数据信号在第一时钟域11和第二时钟域13之间传递。作为例子假定第一时钟域中的数据信号有一比特字长。例如，当第一时钟域中的数据信号是1比特的Delta(增量)编码调制音频采样时就是这种情况。作为例子还假定并行存储单元有8比特字长，而串行存储单元被安排多含一个比特。来自第一时钟域11的数据信号通过输入31被写入到串行存储单元32，该串行存储单元32由许多互相耦合的缓冲器34按图示方式组成。为此来自第一时钟域11的时钟信号被用来产生必须的写脉冲信号。随后，串行写入的数据信号通过并行存储单元38和总线40被并行地从第二时钟域13中读出。

来自第二时钟域13的时钟信号42的脉冲被用以产生所需的读脉冲。控制装置44和其它装置一起避免了写和读操作的同时发生，以便总是从稳定的情形开始。此外，控制装置44驱动传输单元48，由其将串行存储单元32中的数据并行地写入到并行存储单元。因为串行存储单元32比并行存储单元38多包含一个存储位置46，由于抖动被错误地额外写入到串行存储单元32中的数据信号被保存起来直到下一个读/写循环。结果没有数据被丢失。

很显然对于数据信号不同的字长，串行存储单元和并行存储单元也是可能的，并且在本领域中普通的技术人员可以按意愿扩展这里呈现出的结构。此外，存储单元可以包含不同的额外存储位置，这依赖于抖动的统计上的期望量。在本实施例的进一步讨论中假定数据信号是1比特字长的音频采样。

虽然理想情况是在被从第二时钟域读出之前首先有8个音频采样信号被写入到串行存储单元(32)中，但由于抖动的影响，有时写入比预期更多或更少的音频采样的情况也有可能发生。

如果7个音频采样被写入到串行存储单元32并且如果仍然没有另外的音频采样出现，则一个音频采样将会被写两次以便仍有8个音频采样能够通过总线40被从第二时钟域13并行读出。结果一个采样错误被引入。如果真的有一个音频采样出现在串行存储单元32中，现在这个音频采样将被使用以便8个采样能够被并行从第二时钟域13中读出。

如果8个音频采样被写入到串行存储单元32并且如果仍然没有另外的音频采样出现，这8个音频采样都将会被从第二时钟域13中读出。然而如果串行存储单元中已出现了一个音频采样，这个额外的音频采样将会被从第二时钟域13中读出而最后被串行写入的采样信号被保存起来以用在下一个循环。这样就避免了数据丢失，因为否则将会使这个已经存在的音频采样被重写。在本上下文中可以意识到音频采样的顺序同样没有受到这个处理过程的影响。

如果9个音频采样被写入到串行存储单元32并且如果还没有另外的音频采样出现，则只有8个音频采样被并行写入。第九个也就是最后一个音频采样被保存到额外的存储位置46中被用到下一个循环。然而如果在串行存储单元32中已经存在一个音频采样，则这个音频采样在9个音频采样被写入的这个循环中将会丢失。因此这导致一个错误。

图4显示了根据本发明的另一装置50。并行存储单元52的字长是8比特。串行存储单元多了一个存储位置54，因此有9个比特的空间。很明显串行存储单元和并行存储单元的其它字长也是可能的。这依赖于数据信号的类型和统计上的预期抖动。为了说明图4，假定数据信号是1比特字长的音频采样。

无论何种情况和目的，8个音频采样通过总线56被并行地写入到存储单元52。这8个音频采样随后被并行地写入到串行存储单元64、传递单元58和复用器60中。后者被控制单元62驱动，其尤其规定了总是从稳定情况开始。这避免了，例如，同时进行的读和写操作。一旦这8个音频采样并行地写入到串行存储单元64中，它们就通过输出66被串行地从第二时钟域13中读出。然而，因为抖动的影响，有时候会有比8个音频采样更多或更少的信号被读出。假定8个音频采样已经被并行地写入到串行存储单元64中，该装置的操作过程如下：

如果串行存储单元64包含了8个音频采样并且如果随后只有7个音频采样被从第二时钟域中读出，则1个音频采样将会留在串行存储单元64中。在下一个循环又有8个音频采样被写入到串行存储单元64中后，串行存储单元为“满”。这意味着它包含了9个音频采样。

如果串行存储单元64包含了8个音频采样并且如果随后它们全部被从第二时钟域中读出，则这将是一个没有错误的循环。

如果串行存储单元64仅包含了8个音频采样，但是如果有9个音频采样被串行读出，则一个采样被复制(填充)从而导致采样错误。

如果串行存储单元64包含了9个音频采样并且如果只有7个音频采样被读出，则2个音频采样将被留在串行存储单元64中。如果在下一个循环又有8个音频采样从并行存储单元52写入到串行存储单元64，则在这个过程中一个采样将会丢失，因为串行存储单元被设计成最大只有9个音频采样的存储空间。

如果串行存储单元64包含了9个音频采样并且如果只有8个音频采样被读出，则一个音频采样将被保留，其可在下一个循环中被使用。

如果串行存储单元64包含了9个音频采样并且如果它们全部被从第二时钟域中读出，则串行存储单元64将为空。

通过结合在图3和图4中的显示的实现方案，设计并行-并行和串行-串行的转换器也是可能的。

图5显示了根据本发明的另一实现方案。假定来自第一时钟域11中的数据信号被以比来自第二时钟域13中的数据信号更高的速率进行采样。此外，数据信号被依据不同于来自第二时钟域中的数据信号的调制方案进行调制。例如，第一时钟域中的数据信号可能是64KHz Delta编码调制的音频采样，而第二时钟域中的数据信号是8KHzPCM调制信号。在图5中来自第一时钟域11的64KHz Delta编码调制的音频采样被并行地聚集以便它们能够通过从图3来的装置30串行地写入到第二时钟域13中。结果是音频采样现在被同步到第二时钟域13中的时钟信号，但调制方案和时钟频率仍然是适配的，确实如此。为此首先音频采样的调制方案从Dclta调制变成为PCM。这在代码转换器74中实现。这样的代码转换器众所周知，例如，来自蓝牙规范V1.1的Part B(B部分)中。随后音频采样的时钟频率也被适配。在本例中这意谓着音频采样的采样速率被减少到八分之一。取样器76被用于这个目的。

图6显示了又一个根据本发明的实现方案。在本上下文中假定来自第二时钟域13中的数据信号83比来自第一时钟域11中的数据信号81以更高的采样速率进行采样。此外，假定数据信号81和数据信号83依据不同的调制方案进行调制。例如，第一时钟域11中的数据信号81是64KHz Delta编码调制的音频采样，而第二时钟域13中的数据信号83是8KHz PCM调制的数据信号。假定来自第一时钟域11中的数据信号(81)被串行地聚集而来自第二时钟域13中的数据信号83被并行地聚集。由于第一时钟域11中的数据信号81的采样速率低于第二时钟域13中的采样速率，所以首先该数据信号被过采样并插值80。接着通过代码转换器82，信号的调制方案从PCM调制改变为Delta编码调制。最后数据信号通过图4的装置50写入第二时钟域，同时音频采样也同步到来自第二时钟城13的时钟信号。

不减少数据信号的采样速率直到数据信号已经被同步到来自第二时钟城的时钟信号是可能的。然而，这将意谓着同步将会发生在数据信号具有更低的采样速率时。数据信号中的瞬时偏移，该信号可能是，例如，音频采样，将会导致音频失真。从这方面来看，则建议不要减小数据信号的采样速率直到数据信号已被同步到来自第二时钟域的时钟信号。很显然，相反的结论也是正确的，这就是说，如果可行的话在数据信号被同步之前增加数据信号的采样速率。

术语“一”或“一个”并不排斥“一个或多个”。数据信号可能是音频信号。

Claims (8)

1.一种在第一时钟域和第二时钟域间进行数据信号交换的装置，其特征在于，该装置包含：

串行存储单元和耦合到该串行存储单元的并行存储单元，该串行存储单元比该并行存储单元多包含至少一个用于该数据信号的存储位置；以及

传输单元；以及

控制单元，用于驱动所述传输单元在所述串行存储单元和所述并行存储单元之间并行地传输数据信号。

2.如权利要求1中要求的装置，其特征在于，该串行存储单元被安排用于写入该数据信号而该并行存储单元被安排用于读出该数据信号。

3.如权利要求2中要求的装置，其特征在于，用于将数据信号写入到串行存储单元的第一控制信号能从第一时钟信号得到，该第一时钟信号被安排用于在该第一时钟域中同步该数据信号，用于从并行存储单元中读取该数据信号的第二控制信号能从第二时钟信号得到，该第二时钟信号被安排用于在第二时钟域中同步该数据信号。

4.如权利要求1中要求的装置，其特征在于，串行存储单元被安排用于读出数据信号，而并行存储单元被安排用于写入数据信号。

5.如权利要求4中要求的装置，其特征在于，用于从串行存储单元中读取数据信号的第三控制信号能从第一时钟信号得到，该第一时钟信号被安排用于在第一时钟域中同步该数据信号，而用于将该数据信号写入到并行存储单元中的第四控制信号能从第二时钟信号得到，该第二时钟信号被安排用于在第二时钟域中同步数据信号。

6.如前面任一条权利要求中要求的装置，其特征在于该装置包括用于适配该数据信号的采样速率的取样器。

7.如权利要求1-5之一中要求的装置，其特征在于，该装置包括用于改变该数据信号的调制方案的代码转换器。

8.如权利要求1-5之一中要求的装置，其特征在于，该数据信号是音频采样。

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