CN101820340A - 一种时钟恢复装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种时钟恢复装置及方法，包括：依次相连的模数转换器、数字信号处理电路、数模转换器和压控振荡器，压控振荡器还与模数转换器相连，其中：模数转换器，将接收到的模拟信号转换为数字信号，将该数字信号发送给数字信号处理电路；数字信号处理电路，对接收到的数字信号进行鉴相和滤波处理，得到数字时钟误差信号，将该数字时钟误差信号发送给模数转换器；模数转换器，将接收到的数字时钟误差信号转换为控制电压信号，将该控制电压信号发送给压控振荡器；压控振荡器，根据接收到的控制电压信号生成同步时钟，并将该同步时钟输出给模数转换器。本发明可以为数字电路中的芯片提供参考时钟。

Description

一种时钟恢复装置及方法
技术领域
本发明涉及通信系统中的数字信号接收机，尤其涉及一种时钟恢复装置及方法。
背景技术
在通信系统的信号接收机中，需要解决采样点与发送端信号不同步的问题，解决了同步的问题才能得到正确的信号，时钟恢复就是为了实现两者的同步。
如图1所示，数字时钟恢复电路通常包括依次相连的ADC(模数转换器)、插值滤波器、数字鉴相器、数字环路滤波器和数控振荡器(NCO)，并且，NCO的信号反馈到插值滤波器。
上述的数字时钟恢复电路只能得到与发送端信号同步的样值序列，而无法为芯片提供同步时钟，对需要同步时钟的芯片需要外接时钟信号，并且需要控制外接的时钟信号与发送端信号同步，显然增加了设备实现的难度及成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种时钟恢复装置及方法，解决数字时钟恢复电路无法提供同步时钟的问题，实现在输出同步样值的同时提供同步时钟。
为解决上述技术问题，本发明的一种时钟恢复装置，包括：依次相连的模数转换器、数字信号处理电路、数模转换器和压控振荡器，压控振荡器还与模数转换器相连，其中：
模数转换器，将接收到的模拟信号转换为数字信号，将该数字信号发送给数字信号处理电路；
数字信号处理电路，对接收到的数字信号进行鉴相和滤波处理，得到数字时钟误差信号，将该数字时钟误差信号发送给模数转换器；
模数转换器，将接收到的数字时钟误差信号转换为控制电压信号，将该控制电压信号发送给压控振荡器；
压控振荡器，根据接收到的控制电压信号生成同步时钟，并将该同步时钟输出给模数转换器。
进一步地，数字信号处理电路包括：数字鉴相器和数字环路滤波器；
数字鉴相器，接收模数转换器发送的数字信号，对该数字信号进行鉴相处理，得到相位误差信号，将该相位误差信号发送给数字环路滤波器；
数字环路滤波器，抑制所接收到的相位误差信号的噪声和高频分量，得到数字时钟误差信号，将该数字时钟误差信号发送给模数转换器。
进一步地，数字信号处理电路还包括信号去变形处理器，该信号去变形处理器分别与模数转换器和数字鉴相器相连；
信号去变形处理器，从模数转换器接收数字信号，对接收到的数字信号进行去变形处理，得到可恢复时钟的信号，并将该可恢复时钟的信号发送给数字鉴相器。
进一步地，数字信号处理电路还包括重采样电路，该重采样电路分别与模数转换器和数字鉴相器相连；
重采样电路，从模数转换器接收数字信号，对接收到的数字信号进行重采样，得到数字鉴相器所需采样率的数字信号，并将该数字信号发送给数字鉴相器。
进一步地，一种相干接收机，包括：混频器和相连接的时钟恢复装置，该时钟恢复装置包括：依次相连的模数转换器、数字信号处理电路、数模转换器和压控振荡器，压控振荡器还与模数转换器相连，其中：
混频器，将从本地振荡器接收到的本振信号与接收到的待混信号进行混频，将混频后的信号发送给模数转换器；
模数转换器，将接收到的模拟信号转换为数字信号，将该数字信号发送给数字信号处理电路；
数字信号处理电路，对接收到的数字信号进行鉴相和滤波处理，得到数字时钟误差信号，将该数字时钟误差信号发送给模数转换器；
模数转换器，将接收到的数字时钟误差信号转换为控制电压信号，将该控制电压信号发送给压控振荡器；
压控振荡器，根据接收到的控制电压信号生成同步时钟，并将该同步时钟输出给模数转换器。
进一步地，混频器混频后的信号为两路，I路信号和Q路信号，模数转换器为两个，对应接收I路信号和Q路信号，并将转换后得到的数字信号分别发送给数字信号处理电路；
数字信号处理电路包括数字鉴相器，该数字鉴相器接收I路信号和Q路信号，并对该I路信号和Q路信号进行共同鉴相处理，数字鉴相器采用组合逻辑电路，共同鉴相处理的公式为：Pd(k)＝I(k-1)·[I(k)-I(k-2)]+Q(k-1)·[Q(k)-Q(k-2)]，其中：Pd(k)为鉴相处理后的相位误差信号，I为I路信号样值，Q为Q路信号样值，k为样值序列号。
进一步地，混频器混频后的信号为两路，I路信号和Q路信号；
时钟恢复装置为两组，分别接收I路信号和Q路信号，分别对I路信号和Q路信号进行时钟恢复。
进一步地，一种时钟恢复方法，包括：
将模拟信号转换为数字信号后，对该数字信号进行鉴相和滤波处理，得到数字时钟误差信号；
将数字时钟误差信号转换为控制电压信号，根据该控制电压信号生成同步时钟。
进一步地，采用数字鉴相器和数字环路滤波器，对数字信号进行鉴相和滤波处理，数字鉴相器对数字信号进行鉴相处理，得到相位误差信号，将该相位误差信号发送给数字环路滤波器；数字环路滤波器，抑制所接收到的相位误差信号的噪声和高频分量，得到数字时钟误差信号。
进一步地，采用压控振荡器根据控制电压信号生成同步时钟。
综上所述，本发明通过压控振荡器实现同步时钟的输出，可以为数字电路中的芯片提供参考时钟，并且，本发明适用于各种数字信号接收机，不限定系统的信号速率和调制格式，可以是各种相移键控(PSK)格式，也可以是幅移键控(ASK)格式等；也不限定数字鉴相和数字环路滤波的方法和装置。
附图说明
图1为现有技术中数字时钟恢复电路的结构图；
图2本发明实施例1时钟恢复装置的结构图；
图3为本发明实施例2时钟恢复装置的结构图；
图4为本发明实施例3时钟恢复装置的结构图；
图5为本发明实施例4的相干接收机的结构图；
图6为实施例4中相干接收机中采用的数字鉴相器的结构图；
图7为本发明实施例5的相干接收机的结构图；
图8为本发明的时钟恢复方法的流程图。
具体实施方式
本实施方式中通过压控振荡器(VCO)提供与发送端信号同步的时钟，该时钟可作为ADC及其他芯片的参考时钟。并且，采用数字鉴相器和数字环路滤波器进行数字信号处理，由于数字鉴相器和数字环路滤波器为数字处理方式，因此，还可以同时采用如均衡处理等其他数字处理方式，进而对变形严重的信号也能正确恢复其时钟，并且能提供同步时钟。
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。
实施例1：
图2所示为本实施方式的时钟恢复装置，包括：模数转换器(ADC)100、数字信号处理电路200、数模转换器(DAC)300和VCO400，其中，ADC100、数字信号处理电路200、DAC300和VCO400依次连接，VCO400还与ADC100连接向ADC100提供参考时钟；
ADC100将接收到的待处理的模拟信号转换为数字信号，将数字信号发送给数字信号处理电路200；在建立同步后，ADC100输出同步采样值；
数字信号处理部分200，包括：数字鉴相器210和数字环路滤波器220，数字鉴相器210接收ADC100发送的数字信号，对数字信号进行鉴相处理，得到相位误差信号，将相位误差信号发送给环路滤波器220；环路滤波器220抑制相位误差信号的噪声及高频分量，得到数字时钟误差信号，将该数字时钟误差信号发送给DAC300；
数模转换器(DAC)300，将数字时钟误差信号转换为VCO400的控制电压信号；
压控振荡器VCO 400，根据控制电压信号输出同步时钟，该同步时钟输出到ADC100，同时也可以输出给需要同步时钟的其它芯片。
实施例2：
对于变形严重的信号，在数字信号处理电路200中可增加处理电路以减弱信号的变形，然后再进行时钟恢复，如图3所示，在ADC100与数字鉴相器210之间还连接信号去变形处理器800，ADC100转换得到的数字信号经过信号去变形处理器800的处理后，得到可恢复时钟的信号，然后再进行时钟恢复。信号去变形处理器800可以是进行均衡处理的FIR滤波器。
实施例3：
对于ADC100的采样率与数字鉴相器210所需采样率不一样的情况，如图4所示，可在ADC100与数字鉴相器210之间加入重采样电路900，重采样电路900对ADC100转换得到的数字信号进行重采样，得到数字鉴相器210所需采样率的数字信号，然后再进行时钟恢复。
实施例4：
下面以光正交相移键控(QPSK)的相干接收为例，进一步说明本发明的实施例，图5所示为相干光接收机，由于需要I和Q两路信号，所以需要两个ADC100，本实施例中将I和Q共同进行数字鉴相，一起完成同步。
该接收机包括：混频器600、光电转换器700以及时钟恢复装置，混频器600、光电转换器700和时钟恢复装置依次相连；
混频器600将从本地振荡器500接收到的本振光信号与QPSK光信号进行90度混频，得到QPSK的两路正交光信号I路光信号和Q路光信号，并将I路和Q路光信号分别送入一光电转换器700；
光电转换器700，将光信号(I路或Q路)转换为电信号，发送给时钟恢复装置；
时钟恢复装置包括：两部ADC100、数字鉴相器210、数字环路滤波器220、DAC300和VCO400
两部ADC100，各自从相应的光电转换器700接收电信号，将接收到的电信号转换为数字信号，并分别发送到数字鉴相器210；
数字鉴相器210对接收到的两路数字信号共同进行鉴相处理，得到相位误差信号，将相位误差信号发送给环路滤波器220；
环路滤波器220抑制相位误差信号的噪声及高频分量，得到数字时钟误差信号，将该数字时钟误差信号发送给DAC300；
DAC300，将数字时钟误差信号转换为VCO400的控制电压信号，将控制电压信号发送给VCO400；
VCO400，根据控制电压信号分别向两部ADC100输出同步时钟。
以上是以相干光接收为例，对于电信号的接收，则无需光电转换器700的处理，混频器将混频后的信号直接发送给ADC100。
如图6所示，数字鉴相器210可采用组合逻辑电路，鉴相处理的公式为：Pd(k)＝I(k-1)·[I(k)-I(k-2)]+Q(k-1)·[Q(k)-Q(k-2)]，其中，Pd(k)为鉴相处理后的相位误差信号，I为I路信号样值，Q为Q路信号样值，k为样值序列号。
信号处理过程包括：
(1)对于I路，假设依次输入三个样值，对第一个样值延时两位后，与第三个样值相减；
(2)将第一个样值与三个样值相减的结果与第二个样值相乘，得到I路的相位误差信号；
(3)Q路的信号处理过程与I路相同，得到Q路的相位误差信号；
(4)将I路与Q路的相位误差信号相加，得到两路数字鉴相的相位误差信号。
数字环路滤波220可采用一阶环路滤波器。
本实施例中待时钟恢复装置建立同步后，两部ADC100输出的采样值就分别是I路和Q路的同步样值，并且I路同步样值和Q路同步样值也相互同步。
实施例5：
在光正交相移键控的相干接收中，也可将I和Q路信号分别进行鉴相处理，如图7所示，相干光接收机包括两组时钟恢复装置，I路和Q路信号分别进入各自对应的时钟恢复装置。
每组时钟恢复装置的VCO分别向各自所属时钟恢复装置的ADC输出参考时钟。这样，可以分别得到与I路和Q路信号同步的时钟。在I路和Q路信号相位偏差较大的情况下，两路分别同步能更加有效地得到同步时钟。
本实施方式还提供了一种时钟恢复方法，如图8所示，该方法包括：
801：ADC将接收到的待处理的模拟信号转换为数字信号，将数字信号发送给数字鉴相器；
802：数字鉴相器对数字信号进行相位误差估计，判断每个采样值相对于正确采样时间是超前还是滞后，得到相位误差信号，将相位误差信号发送给数字环路滤波器；
803：数字环路滤波器对相位误差信号进行滤波，抑制误差信号的噪声和高频分量，得到数字时钟误差信号，将该数字时钟误差信号发送给DAC；
804：DAC将数字时钟误差信号转换为模拟的控制电压信号，用以控制压控振荡器，使之产生时钟信号；
805：压控振荡器根据控制电压信号输出同步时钟，该同步时钟输出到ADC。
本方法中通过数字鉴相器和数字环路滤波器与模拟的压控振荡器的共同作用，得到与发送端信号同步的时钟，该时钟可用作ADC和数字信号处理及其他芯片的参考时钟。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种时钟恢复装置，包括：依次相连的模数转换器(100)、数字信号处理电路(200)、数模转换器(300)和压控振荡器(400)，所述压控振荡器(400)还与所述模数转换器(100)相连，其中：
所述模数转换器(100)，将接收到的模拟信号转换为数字信号，将该数字信号发送给所述数字信号处理电路(200)；
所述数字信号处理电路(200)，对接收到的数字信号进行鉴相和滤波处理，得到数字时钟误差信号，将该数字时钟误差信号发送给所述模数转换器(300)；
所述模数转换器(300)，将接收到的数字时钟误差信号转换为控制电压信号，将该控制电压信号发送给所述压控振荡器(400)；
所述压控振荡器(400)，根据接收到的控制电压信号生成同步时钟，并将该同步时钟输出给所述模数转换器(100)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数字信号处理电路(200)包括：数字鉴相器(210)和数字环路滤波器(220)；
所述数字鉴相器(210)，接收模数转换器(100)发送的数字信号，对该数字信号进行鉴相处理，得到相位误差信号，将该相位误差信号发送给所述数字环路滤波器(220)；
所述数字环路滤波器(220)，抑制所接收到的相位误差信号的噪声和高频分量，得到数字时钟误差信号，将该数字时钟误差信号发送给所述模数转换器(300)。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述数字信号处理电路(200)还包括信号去变形处理器(800)，该信号去变形处理器(800)分别与所述模数转换器(100)和数字鉴相器(210)相连；
所述信号去变形处理器(800)，从所述模数转换器(100)接收数字信号，对接收到的数字信号进行去变形处理，得到可恢复时钟的信号，并将该可恢复时钟的信号发送给所述数字鉴相器(210)。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述数字信号处理电路(200)还包括重采样电路(900)，该重采样电路(900)分别与所述模数转换器(100)和数字鉴相器(210)相连；
所述重采样电路(900)，从所述模数转换器(100)接收数字信号，对接收到的数字信号进行重采样，得到所述数字鉴相器(210)所需采样率的数字信号，并将该数字信号发送给所述数字鉴相器(210)。
5.一种相干接收机，包括：混频器(600)和相连接的时钟恢复装置，该时钟恢复装置包括：依次相连的模数转换器(100)、数字信号处理电路(200)、数模转换器(300)和压控振荡器(400)，所述压控振荡器(400)还与所述模数转换器(100)相连，其中：
所述混频器(600)，将从本地振荡器(500)接收到的本振信号与接收到的待混信号进行混频，将混频后的信号发送给所述模数转换器(100)；
所述模数转换器(100)，将接收到的模拟信号转换为数字信号，将该数字信号发送给所述数字信号处理电路(200)；
所述数字信号处理电路(200)，对接收到的数字信号进行鉴相和滤波处理，得到数字时钟误差信号，将该数字时钟误差信号发送给所述模数转换器(300)；
所述模数转换器(300)，将接收到的数字时钟误差信号转换为控制电压信号，将该控制电压信号发送给所述压控振荡器(400)；
所述压控振荡器(400)，根据接收到的控制电压信号生成同步时钟，并将该同步时钟输出给所述模数转换器(100)。
6.如权利要求5所述的接收机，其特征在于：
所述混频器(600)混频后的信号为两路，I路信号和Q路信号，所述模数转换器(100)为两个，对应接收所述I路信号和Q路信号，并将转换后得到的数字信号分别发送给所述数字信号处理电路(200)；
所述数字信号处理电路(200)包括数字鉴相器(210)，该数字鉴相器(210)接收所述I路信号和Q路信号，并对该I路信号和Q路信号进行共同鉴相处理，数字鉴相器(210)采用组合逻辑电路，共同鉴相处理的公式为：Pd(k)＝I(k-1).[I(k)-I(k-2)]+Q(k-1)·[Q(k)-Q(k-2)]，其中：Pd(k)为鉴相处理后的相位误差信号，I为I路信号样值，Q为Q路信号样值，k为样值序列号。
7.如权利要求5所述的接收机，其特征在于：
所述混频器(600)混频后的信号为两路，I路信号和Q路信号；
所述时钟恢复装置为两组，分别接收所述I路信号和Q路信号，分别对所述I路信号和Q路信号进行时钟恢复。
8.一种时钟恢复方法，包括：
将模拟信号转换为数字信号后，对该数字信号进行鉴相和滤波处理，得到数字时钟误差信号；
将所述数字时钟误差信号转换为控制电压信号，根据该控制电压信号生成同步时钟。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：
采用数字鉴相器和数字环路滤波器，对所述数字信号进行鉴相和滤波处理，所述数字鉴相器对所述数字信号进行鉴相处理，得到相位误差信号，将该相位误差信号发送给所述数字环路滤波器；所述数字环路滤波器，抑制所接收到的相位误差信号的噪声和高频分量，得到数字时钟误差信号。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：
采用压控振荡器根据所述控制电压信号生成同步时钟。
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