CN1070666C - 一种时钟恢复电路及方法 - Google Patents

Abstract

时钟恢复电路中异步振荡器以n倍基带信号频率的频率产生第一时钟脉冲，取样器响应第一时钟脉冲取样基带信号。触发器响应压控振荡器提供的第二时钟脉冲保持并递送取样信号。检测第一和第二时钟脉冲间的时间差，按时间差选一组分支增益值。从触发器取出的取样被分支延迟线连续延时以产生分支信号，分支信号各由选择的分支增益值加权。加权的取样相加以计算中间取样。计算的取样相对发射信号时钟周期的时钟相位误差被确定来控制VCO。

Description

一种时钟恢复电路及方法

本发明涉及一种时钟恢复电路，用于根据收到的基带信号提取时钟信息。

在一已知时钟恢复电路中，接收到的基带信号由A/D转换器取样。计算该取样信号相对发射信号时钟周期的时钟误差，并滤除在该相位误差中的高频分量，用于控制产生该取样时钟的压控振荡器，由此该相位误差被减至零。由于通常使用一低价高分辨率A/D转换器，该取样时钟频率必须数百倍于接收信号的频率。然而，在如此高的取样频率上控制该VCO不可能简单地获得，这就如像在低取样频率场合，其中，来自独立时钟源的高频率取样脉冲用一可变分频器适当地加以分频。因此价格限制问题提到该已知的时钟电路。按照另外已知的技术，一异步振荡器被用于对该基带信号进行取样。该初取样的基带信号加到内扦滤波器用于计算最佳取样值，从该值提取时钟周期。当该滤波器输入和该计算的取样值之间的相位差减少至零时，一般认为最佳时钟周期已被检测到。但是，精确地用发射信号的时钟周期去匹配该计算的周期将是有难度的。

因此本发明的一个目的是用简单的数字电路提供一个低价的时钟恢复电路。

本发明的该种时钟恢复电路包括一个异步振荡器，用于以n倍于基带信号频率的频率产生第一时钟脉冲，这里n是大于1的整数。一取样器用于响应该第一时钟脉冲对该基带信号进行取样，以便产生第一取样。该第一取样被保持，并响应由一压控振荡器提供的第二时钟脉冲中被取出作为第二取样。检测该第一和第二时钟脉冲之间的时间差，并按该时间差选择一组分支增益值。为了计算一个最佳的中间取样，提供了一个横向滤波器，用于连续地延迟该第二取样，用该分支增益值分别加权该连续被延迟的取样，并产生表示加权取样和的一个输出信号，以作为该中间取样的计算的表示式。检测该中间取样相对发射信号时钟周期的时钟相位误差，同时按检测的时钟相位误差控制该压控振荡器。当该时钟相位误差减少至零时，将获得一最佳中间取样值，而压控振荡器的输出被控制到该发射信号的时钟周期。

参照附图更详尽地描述本发明，其中：

图1是按本发明的一种时钟恢复电路的方块图；以及

图2是图1中使用的横向滤波器的分接延迟线的电路图。

现在参见图1，这里表示按本发明用于一种数字无线电接收机的一种时钟恢复电路。一频率在f_t的最初基带信号被调制在一个载波上并从一发射机发送出去。在接收机端，该被调载波被解调并恢复该最初的基带信号R(t)。该基带信号R(t)加到取样器1，在那里它响应一个异步的或自身运转在频率f_s(等于n.f_t,n=4)的振荡器9的输出产生一个被取样的基带信号R_s(t)。在一个最佳实施例中，取样器1是由一个A/D转换器做成的。由于该振荡器9与发射的基带信号的时钟(记号)计时不同步，取样频率f_s等于n.f_t+Δf_s，这里Δf_s是频率误差。该被取样的基带信号R_s(t)是包括频率分量f_s,2f_s和3fs的一个分立信号。该信号Rs(t)被表示成：

R_s(t)=R(t)δ(t-k/f_s)=R_kδ(t-k/f_s)(1)这里δ(t)是delta函数，它在t=0时为1，而在其他时间为0,K是任意整数，而K/f_s表示瞬间“t”，在该瞬间，信号R(t)由取样器1进行取样，并且R_k=R(t)=R(k/f_s)。

该被取样信号R_s(t)加到触发器2，在那里各取样R_s(t)被保持并且当该触发器由一压控振荡器7施加时钟脉冲时从触发器输出。VCO7通过待描述的闭环操作被精确地控制在步骤n·f_t上。该触发器2的输出被加到一个横向滤波器3用于计算一个处在最初由取样器1产生的连续取样之间的最佳的取样。

横向滤波器3包括一个分支的延迟线30。许多分支增益乘法器31，连接到该延迟线30的接连的分支，还包括一加法器32。分支延迟线30包括一连串延迟元件D(见图2)。它们由VCO7提供的频率为n·f_t的时钟脉驱动，并从触发器2接收取样，以便在该延迟线的接连的分支上产生分支信号，每一分支信号被延迟一单元延迟时间1/n·f_t。该分支增益乘法器31借助于使用储存在ROM4中的分支增益(或分支加权)值hij(i=1、2、……l、j=1、2……m)在各自的分支信号上运行。这些分支增益值代表了横向滤波器3的脉冲响应，响应由计数器8提供的一个输入信号，分支增益值h1j,h2j,……h1j，分别从存储器4读出并加到该分支增益乘法器31，在那里它们由各自的分支增益值加权。该分支增益乘法器31的输出由加法器32相加，以便产生该横向滤波器3的输出信号R_t(t)。

时钟相位误差检测器5连到横向滤波器3的输出，以便按文章“De-volopment of variacce-Rete Digital Modem for Digital Satellite Communi-cotion；Systems”Susumu Otani et al,(CH2535-3/88/00000148,1988,IEEE)所描述方式，相对该发射信号的时钟周期计算信号R_t(t)的时钟周期的相位误差。环路滤波器6滤除相位差信号的高频分量，并将一个频率控制电压加到VCO7。

计数器8由时钟脉冲源10供给频率为m·fs的高速时钟脉冲。计数器8随来自异步振荡器9的一个时钟脉冲起动，以便开始对该高速时钟脉冲计数，并且随来自VCO7的一个时钟脉冲终止计数操作，以便产生一计数值“C”。该计数值“C”等于m·f_sΔt，这里Δt是基带信号R(t)由取样器1取样的时间K/fs和VCO7的时钟周期之间的时间差，该时钟周期最终将与发射信号的时钟周期一致。响应于一个计数值“C”，从储存的“M”组分支增益值中选择一组“1”分支增益值hij，并将其从ROM4分别加到横向滤波器的分支增益乘法器31。

由于该横向滤波器提供卷积积分，因此该横向滤波器3的输出信号R_t(t)被表示成： $R_t\left(t\right)=\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}{R}_S(t-\mathrm{\τ})h\left(\mathrm{\τ}\right)\mathrm{d\τ}$ $=R\underset{-\∞}{\overset{\∞}{(t-\mathrm{\τ})}}\mathrm{\δ}(t-\mathrm{\τ}-k/f_s)h\left(\mathrm{\τ}\right)\mathrm{d\τ}$ $\underset{k-\∞}{\overset{\∞}{=\∫}}\mathrm{Rk}\·h(t-k/f_s)------\left(2\right)$ 这里τ是时间变量或激励时间，t是响应时间，而h(t)是该横向滤波器3的脉冲响应(参见An Indrodnction Ao Anatog and Digital Communications,John Wiley Sons,Simon Haykin，第84至87页)。由于该卷积在理论上在K=-∞和K=∞之间执行。所以等式(2)能写成：

由于脉冲响应h(t)随时间增加而下降，所以对于横向滤波器3，在有限值±K。范围内提供卷积就显足够，这样等式(3)成为：

这里h_k(Δt)=h(k/f_s+Δt)。由于横向滤波器的脉冲响应能够变化为时间差Δt的函数，储存在存储器4中的分支增益值h_k(Δt)可被确定，因此，当由相位误差检测器5检测的时钟相位误差被减少至零时，即可获得一个最佳取样。例如，如果一时间差Δt₁存在于取样时间k/f_s②和VCO7的时钟周期之间，时钟恢复电路的闭环将搜寻一组最佳的脉冲响应，直到相位误差减小到零。当这种情况出现时，一组分支增益值h₁₁,h₁₂……h₁₁从ROM4读出并送入横向滤波器，并且获得适当的中间的取样值，而VCO7的输出被准确地控制到发射信号的时钟周期，并从该时钟恢复电路取出作为接收器的时钟周期。

Claims (4)

1．一种时钟恢复电路，包括

一个异步振荡器(9)，用于以接收到的基带信号的频率的整数倍频率产生时钟计时脉冲；

取样装置(1)，用于响应所说时钟计时脉冲，取样所说基带信号，以产生第一取样；

储存装置(2)，用于存储所述第一取样，以及输出存储的第一取样，作为第二取样；

存储装置(4)；用于存储多组分支增益值；

横向滤波器(3)，用于连续地延迟所说第二取样，用相应的分支增益值加权连续延迟的第二取样，并对该加权的第二取样求和；以及

时钟定时误差检测装置(5,6)，用于从经过求和加权的第二取样估算接收的基带信号的时钟定时误差；其特征在于：

压控振荡器(7)，响应估算的时钟计时误差，用以恢复该接收的基带信号的时钟计时，使所述储存装置(2)根据恢复的时钟计时向所述横向滤波器(3)输出所述第二取样，以及

时间差检测装置(10,8)，用以检测所述异步振荡器(9)的时钟计时和所述压控振荡器(7)的所恢复的时钟计时之间的时间差，使所述存储装置(4)根据该时间差读取所述多组分支增益值的其中之一，以及将读取的分支增益值输送给所述横向滤波器(3)。

2．根据权利要求1所述的时钟恢复电路，其特征在于：所述时间差检测器(10,8)包括用以产生高速时钟脉冲的装置(10)和用以响应各高速时钟脉冲以增加计数值的计数器(8)，所述计数器(8)响应所述压控振荡器(7)的输出、用以保持表示所述时间差的所述计数值，根据所保持的计数值从所述存储装置(4)读取所述多组分支增益值的其中之一，以及把所述读取的增益值加到所述横向滤波器(3)。

3．一种恢复时钟的方法，采用存储了多组分支增益值的存储器(4)，以及连续地延迟输入的取样，用相应的分支增益值加权该连续延迟的取样，和对加权的采样求和的横向滤波器(3)，所述方法包括下列步骤：

(a)以接收的基带信号的频率的整数倍产生第一时钟计时脉冲；

(b)响应所述时钟计时脉冲取样所述基带信号；

(c)存储所述取样，以及将所述存储的取样作为所述输入取样输送给所述横向滤波器(3)；以及

(d)从所述横向滤波器(3)的输出信号估算接收的基带信号的时钟计时误差，其特征在于下列步骤：

(e)根据估算的时钟计时误差产生第二时钟计时脉冲，响应该第二时钟计时脉冲使所述存储的取样作为所述输入取样传送给所述横向滤波器(3)；

(f)检测由步骤(a)所产生的第一时钟计时脉冲和由步骤(e)所产生的第二时钟计时脉冲之间的时间差；以及

(g)根据检测的时间差从所述存储器(4)读取所述多组分支增益值的其中之一，以及将该读取的一组分支增益值提供给所述横向滤波器。

4．根据权利要求3所述的恢复时钟的方法，其特征在于步骤(e)包括下列步骤：

产生高速时钟脉冲；

响应各高速时钟脉冲增加计数值；

响应由步骤(e)所产生的第二时钟脉的其中之一，保持表示所述时间差的所述计数值；以及

根据该保持的计数值，从所述存储装置(4)读取所述多组分支增益值的其中之一，以及将读取的分支增益值加到所述横向滤波器(3)。