CN108390751B - 全双工时钟数据传输系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种全双工时钟数据传输系统。所述系统包括双工源端和双工收端，所述双工源端和双工收端均包括：发送驱动模块以及接收处理模块，用于对编码后的待发送数据进行初始化；时钟提取放大模块，与接收处理模块连接，用于进行时钟恢复；接收数据跟踪采样模块，与接收处理模块连接，用于对接收的数据进行跟踪采样；锁相环模块，与时钟提取放大模块连接，用于对恢复的时钟进行锁定和倍频；时钟和数据恢复模块，与接收数据跟踪采样模块以及锁相环模块连接，用于对来自锁相环模块的时钟以及来自接收数据跟踪采样模块的数据进行恢复；接收数据解码和发送数据编码模块，与时钟和数据恢复模块连接，用于对来自时钟和数据恢复模块的数据进行编解码。

Description

全双工时钟数据传输系统及方法
技术领域
本发明涉及集成电路设计技术领域，尤其涉及一种全双工时钟数据传输系统及方法。
背景技术
从以太网普通网线(cat5/cat6)的结构上看，可以传输4对高速数据，共8根线序。在高清音视频的协议中，包括3对A/V link差分数据和1对差分时钟，同时HDbase-T协议还定义了I2C。对于普通缆线来说，信息交互技术非常重要，主要包括：显示数据通道(DisplayData Channel，DDC)，通用异步收发器(Universal Asynchrpnous Receiver Transmitter，UART)，音频回传通道(Audio Return Channel，ARC)，红外(Infra-Red，IR)技术，双向数据总线(Inter-Integrated Circuit，I2C)，通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)等数据交互。
目前的一种解决方案是在印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)版级上把一对差分时钟和一对差分数据用电感耦合在一起，在SRCP(Source Port，源端)发送出去，经过线缆以后，在SNKP(Sink Port，收端)再使用电感分离出时钟信号和数据信号。分离出的时钟信号由于受到数据信号的干扰，需要经过一个带通的无源滤波器，再使用信号放大器来克服通道上的衰减，才能送到芯片的时钟管脚。省出来的一对信号线可以按要求传输所需要的交互信号。
PCB版级实现存在一些缺点：一是分离器件多，需要高指标的无源滤波器、信号放大器等；二是板上器件多，成本增加；三是多分离器件间的信号完整性的实现难度增加。此外，无法同时满足UART、ARC、IR、DDC等辅助数据通信的需求。
发明内容
本发明提供的全双工时钟数据传输系统及方法，能够在视频传输线缆中实现在芯片内集成时钟和辅助数据的双向交互，在保证接收时钟的性能的同时完成多种复杂信号的跟踪恢复。
第一方面，本发明提供一种全双工时钟数据传输系统，所述系统包括双工源端和双工收端，所述双工源端与所述双工收端通过线缆连接，其中，所述双工源端和双工收端均包括：
发送驱动模块以及接收处理模块，分别与接收数据解码和发送数据编码模块连接，并通过线缆与对端连接，用于对接收数据解码和发送数据编码模块编码后的待发送数据进行初始化；
时钟提取放大模块，与接收处理模块连接，用于进行时钟恢复；
接收数据跟踪采样模块，与接收处理模块连接，用于对接收的数据进行跟踪采样；
锁相环模块，与时钟提取放大模块连接，用于对恢复的时钟进行锁定和倍频；
时钟和数据恢复模块，与接收数据跟踪采样模块以及锁相环模块连接，用于对来自锁相环模块的时钟以及来自接收数据跟踪采样模块的数据进行恢复；
接收数据解码和发送数据编码模块，与时钟和数据恢复模块连接，用于对来自时钟和数据恢复模块的数据进行编解码。
可选地，所述发送驱动模块以及接收处理模块，还用于对待发送的数据进行噪声优化处理，使得待发送的数据的残留在接收处理模块保持最小。
可选地，所述双工收端，用于通过接收数据解码和发送数据编码模块向所述双工源端回送编码的训练码型，以及接收所述双工源端发送的训练码型；
所述双工源端，用于在收到双工发送的正确的训练码型后，向所述双工收端发送另外的训练码型；
所述双工源端和双工收端，用于在接收到预定个数的正确的训练码型之后，进入双工数据交互正常工作模式。
第二方面，本发明提供一种全双工时钟数据传输方法，包括：
双工源端的接收数据解码和发送数据编码模块对待发送数据进行逻辑编码，发送驱动模块以及接收处理模块对编码后的待发送数据进行初始化后经过版级和线缆发送至双工收端的接收处理模块；
双工收端的时钟提取放大模块对来自接收处理模块的数据进行时钟恢复，锁相环模块对恢复的时钟进行锁定和倍频，接收数据跟踪采样模块对来自接收处理模块的数据进行跟踪采样，时钟和数据恢复模块对来自锁相环模块的时钟以及来自接收数据跟踪采样模块的数据进行恢复，接收数据解码和发送数据编码模块对来自时钟和数据恢复模块的数据进行编解码。
可选地，所述方法还包括：
所述双工源端的发送驱动模块以及接收处理模块对待发送的数据进行噪声优化处理，使得待发送的数据的残留在接收处理模块保持最小。
可选地，所述方法还包括：
所述双工收端的发送驱动模块以及接收处理模块进行参数优化，使得回送数据和接收数据保持良好状态。
可选地，所述方法还包括：
所述双工收端通过接收数据解码和发送数据编码模块向所述双工源端回送编码的训练码型，以及接收所述双工源端发送的训练码型；
所述双工源端在收到双工发送的正确的训练码型后，向所述双工收端发送另外的训练码型；
所述双工源端和双工收端在接收到预定个数的正确的训练码型之后，进入双工数据交互正常工作模式。
本发明实施例提供的全双工时钟数据传输系统及方法，在芯片级集成实现了嵌入式数据的时钟传输，把辅助通道的数据交互通过编码形式，嵌入到时钟信号中，节省了版级电路设计，降低了信息交互复杂度。在保证接收时钟的性能的同时，完成了多种复杂信号的跟踪恢复。
附图说明
图1为本发明实施例提供的全双工时钟数据传输系统中双工源端或双工收端的结构框图；
图2为本发明实施例提供的全双工时钟数据传输方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的逻辑信号定义和接收信号跟踪锁定示意图；
图4为本发明实施例提供的数据有无编码的锁相环输出相位噪声对比图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种全双工时钟数据传输系统，所述系统包括双工源端和双工收端，所述双工源端的CCA+和CCA-分别与所述双工收端的CCA+和CCA-通过线缆连接，其中，如图1所示，所述双工源端和双工收端均包括：
发送驱动模块M101以及接收处理模块M102，分别与接收数据解码和发送数据编码模块M107连接，并通过线缆与对端连接，用于对接收数据解码和发送数据编码模块M107编码后的数据进行初始化；
时钟提取放大模块M103，与接收处理模块M102连接，用于进行时钟恢复；
接收数据跟踪采样模块M104，与接收处理模块M102连接，用于对接收的数据进行跟踪采样；
锁相环(Phase Locked Loop，PLL)模块M106，与时钟提取放大模块M103连接，用于对恢复的时钟进行锁定和倍频；
时钟和数据恢复模块M105，与接收数据跟踪采样模块M104以及锁相环模块M106连接，用于对来自锁相环模块M106的时钟以及来自接收数据跟踪采样模块M104的数据进行恢复；
接收数据解码和发送数据编码模块M107，与时钟和数据恢复模块M105连接，用于对来自时钟和数据恢复模块M105的数据进行编解码。
进一步地，所述发送驱动模块M101以及接收处理模块M102，还用于对待发送的数据进行噪声优化处理，使得待发送的数据的残留在接收处理模块M102保持最小。
进一步地，所述双工收端，用于通过接收数据解码和发送数据编码模块M107向所述双工源端回送编码的训练码型，以及接收所述双工源端发送的训练码型；
所述双工源端，用于在收到双工发送的正确的训练码型后，向所述双工收端发送另外的训练码型；
所述双工源端和双工收端，用于在接收到预定个数的正确的训练码型之后，进入双工数据交互正常工作模式。
本发明实施例提供的全双工时钟数据传输系统，在芯片级集成实现了嵌入式数据的时钟传输，把辅助通道的数据交互通过编码形式，嵌入到时钟信号中，节省了版级电路设计，降低了信息交互复杂度。在保证接收时钟的性能的同时，完成了多种复杂信号的跟踪恢复。
本发明实施例还提供一种全双工时钟数据传输方法，如图1和图2所示，所述全双工时钟数据传输方法包括：
双工源端的接收数据解码和发送数据编码模块M107对待发送数据进行逻辑编码，同时在发送驱动模块M101以及接收处理模块M102对编码后的待发送数据进行初始化，并优化噪声使得待发送的数据的残留在接收处理模块M102保持最小，然后经过版级和线缆发送至双工收端的接收处理模块M102；
双工收端的时钟提取放大模块M103对来自接收处理模块M102的数据进行时钟恢复，锁相环模块M106对恢复的时钟进行锁定和倍频，接收数据跟踪采样模块M104对来自接收处理模块M102的数据进行跟踪采样，时钟和数据恢复模块M105对来自锁相环模块M106的时钟以及来自接收数据跟踪采样模块M104的数据进行恢复，接收数据解码和发送数据编码模块M107对来自时钟和数据恢复模块的数据进行编解码。
同时双工收端中的接收数据解码和发送数据编码模块M107回送编码的训练码型I，双工收端中的发送驱动模块M101以及接收处理模块M102进行噪声优化处理，使得回送数据和接收数据都能保持良好的状态。双工源端收到正确的训练码型I以后，开始发送训练码型II。双工收端在收到正确的训练码型II以后，再发送训练码型III，双工收端在等待一段时间后，进入双工数据交互正常工作模式。双工源端收到正确的训练码型III以后，进入双工数据交互模式。双工源端/双工收端双方开始发送DDC、UART、IR、ARC等交互信息。
如图3所示，介绍了逻辑电平“0”和“1”的定义。逻辑“0”表示一个信号周期内占空比25％的高电平；逻辑“1”表示一个信号周期内占空比75％的高电平。接收数据表示在源端或者收端收到的数据，这个数据已经减掉了本端发送的数据，并调整参数优化噪声，使得发送数据的残留保持最小。SCLK时钟为锁相环锁定后的高倍时钟，在接收数据跟踪采样模块M104中采样接收数据前，先调整相位，跟踪数据上升沿的变化，再采样恢复数据。
如图4所示，为数据有无编码的锁相环输出相位噪声对比图，其中，曲线1为无编码的锁相环输出相位噪声曲线图，曲线2为编码后的锁相环输出相位噪声曲线图。
本发明实施例提供的全双工时钟数据传输方法，基于再定义0/1数据，与利用锁相环单沿锁定理论，在物理链路级实现了数据和时钟从双工源端发送，在双工收端单独恢复时钟，处理锁定数据；同时把双工收端中的数据按要求编码回传，在双工源端跟踪并解码回传的数据。在保证接收时钟的性能的同时，完成了多种复杂信号的跟踪恢复。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种全双工时钟数据传输系统，其特征在于，所述系统包括双工源端和双工收端，所述双工源端与所述双工收端通过线缆连接，其中，所述双工源端和双工收端均包括：
发送驱动模块以及接收处理模块，分别与接收数据解码和发送数据编码模块连接，并通过线缆与对端连接，用于对接收数据解码和发送数据编码模块编码后的待发送数据进行初始化；
时钟提取放大模块，与接收处理模块连接，用于进行时钟恢复；
接收数据跟踪采样模块，与接收处理模块连接，用于对接收的数据进行跟踪采样；
锁相环模块，与时钟提取放大模块连接，用于对恢复的时钟进行锁定和倍频；
时钟和数据恢复模块，与接收数据跟踪采样模块以及锁相环模块连接，用于对来自锁相环模块的时钟以及来自接收数据跟踪采样模块的数据进行恢复；
接收数据解码和发送数据编码模块，与时钟和数据恢复模块连接，用于对来自时钟和数据恢复模块的数据进行编解码；
所述双工收端，用于通过接收数据解码和发送数据编码模块向所述双工源端回送编码的训练码型，以及接收所述双工源端发送的训练码型；
所述双工源端，用于在收到双工发送的正确的训练码型后，向所述双工收端发送另外的训练码型；
所述双工源端和双工收端，用于在接收到预定个数的正确的训练码型之后，进入双工数据交互正常工作模式。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发送驱动模块以及接收处理模块，还用于对待发送的数据进行噪声优化处理，使得待发送的数据的残留在接收处理模块保持最小。
3.一种全双工时钟数据传输方法，其特征在于，包括：
双工源端的接收数据解码和发送数据编码模块对待发送数据进行逻辑编码，发送驱动模块以及接收处理模块对编码后的待发送数据进行初始化后经过版级和线缆发送至双工收端的接收处理模块；
双工收端的时钟提取放大模块对来自接收处理模块的数据进行时钟恢复，锁相环模块对恢复的时钟进行锁定和倍频，接收数据跟踪采样模块对来自接收处理模块的数据进行跟踪采样，时钟和数据恢复模块对来自锁相环模块的时钟以及来自接收数据跟踪采样模块的数据进行恢复，接收数据解码和发送数据编码模块对来自时钟和数据恢复模块的数据进行编解码；
所述方法还包括：
所述双工收端通过接收数据解码和发送数据编码模块向所述双工源端回送编码的训练码型，以及接收所述双工源端发送的训练码型；
所述双工源端在收到双工发送的正确的训练码型后，向所述双工收端发送另外的训练码型；
所述双工源端和双工收端在接收到预定个数的正确的训练码型之后，进入双工数据交互正常工作模式。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述双工源端的发送驱动模块以及接收处理模块对待发送的数据进行噪声优化处理，使得待发送的数据的残留在接收处理模块保持最小。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述双工收端的发送驱动模块以及接收处理模块进行参数优化，使得回送数据和接收数据保持良好状态。
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