CN110741358B - 用于恢复设备上的设备参考时钟的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

设备可包括：输入端，其用于接收从主机传送到设备的信息；以及控制器，其被配置成恢复设备上的设备参考时钟，该设备参考时钟与主机的主机参考时钟在从主机到设备的时钟信令不可用时成比例。控制器可通过以下方式恢复设备参考时钟：通过用设备监控经由输入端从主机传送到设备的主机帧开始标记，测量主机参考时钟和设备的设备参考时钟之间的比率；基于测量的比率创建恢复的参考时钟；以及基于恢复的参考时钟创建与主机帧开始标记相锁的本地帧开始标记。

Description

用于恢复设备上的设备参考时钟的方法和设备
相关申请
本公开要求于2017年4月24日提交的美国临时专利申请序列号62/489,196的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及用于电子设备的电路，该电子设备包括但不限于音频设备，包括诸如无线电话和媒体播放器的个人音频设备，并且更具体地，本公开涉及恢复设备上的设备参考时钟的系统和方法，该设备参考时钟与主机的主机参考时钟在从主机到设备的时钟信令不可用时成比例。
背景技术
通用串行总线(“USB”)是众所周知的用于电子设备的行业通信协议。USB提供了定义明确的标准协议，该标准协议允许电子设备相互通信并向它们提供电力传输。存在各种版本的USB协议，诸如USB 1.x、USB 2.0、USB 3.0、USB 3.1、USB-C。
图1示出了如本领域中已知的经由协议版本的USB彼此耦合的主机和设备之间的通信的定时图。主机可接收音频信号作为输入，并且然后通过相应版本的USB协议将其发送到设备。该设备然后可分别输出音频信号。图1显示了USB协议版本为USB 2.0或USB 1.1的示例。
对于各种USB协议版本，已定义了许多USB操作模式，并良好地理解这些USB操作模式。此类示例操作模式包括：L0——高功率；L1——睡眠；L0/L1模式——在L0和L1模式之间交替的模式；L2——暂停。USB操作模式的定义是为了实现主机-设备配对通信，并且基于定义的USB标准协调它们的通信。
某些USB协议版本(诸如USB 2.0)在高速模式下操作。典型的高速工作频率值为8kHz，对应于微帧的工作帧频。当在USB高速模式下操作时，主机可使用晶体产生时钟，并且可具有高速USB接口(例如USB 2.0接口)，通过高速USB接口耦合到设备并与设备通信。高速模式下的USB通信可在L0、L1、L0/L1或L2操作模式下操作。
其他版本的USB(诸如USB 1.1)在全速模式下操作。典型的全速工作帧频为1kHz。当在USB全速模式下操作时，主机可使用晶体产生时钟，并具有全速USB接口(例如USB 1.1接口)，全速USB接口与设备耦合和通信。全速模式下的USB通信只能在L0和L2操作模式下操作。
主机可采用USB时钟速率将音频信号作为USB数据传送到设备。如在USB协议中已众所周知的，USB数据可由主机以DP(数据加)和DM(数据减)有效载荷(“DP/DM有效载荷”)的形式并通过DP/DM接口提供给设备。
在L0高功率操作模式下操作时，USB系统可始终处于唤醒和可操作状态。当主机和设备之间正在传送音频内容时，USB系统可在L0高功率操作模式下操作。USB系统可进入L1睡眠操作模式并在L1睡眠操作模式下操作，例如，当来自音频信号的音频内容静音且未被检测到并从主机传输到设备时，或者作为另一个示例，当发送足够的数据以至于在一些帧开始(SOF)周期内不需要发送另外的音频数据时。对于一些配置，SOF之间可存在长达4毫秒的时间，以便播放连续音频。USB系统然后可在L0/L1模式下操作，在该L0/L1模式下，USB系统在L0高功率操作模式和L1睡眠操作模式之间切换或交替其操作，诸如当分别检测到音频内容并且在主机和设备之间主动传输音频内容时，以及当存在静默并且音频内容不存在时，或者当已发送足够的数据以至于在一些SOF周期内不需要发送另外的音频数据时。
如果USB系统使用的USB协议版本为高速协议，诸如USB 2.0，则可将高速协议的数据服务间隔定义为微帧持续时间，并且基于高速协议的8kHz的操作频率的周期值，将USB2.0的典型微帧持续时间定义为125微秒。另一方面，如果USB协议版本改为全速协议，诸如USB 1.1，则将全速协议的数据服务间隔定义为帧持续时间，并且基于全速协议的1kHz的操作频率的周期值，将USB 1.1的典型帧持续时间定义为1毫秒。对于高速协议(USB2.0)，SOF标记指示微帧的开始，并且下一个SOF标记指示该微帧的结束和下一个微帧的开始。类似地，对于全速协议(USB 1.1)，SOF标记指示帧的开始，并且下一SOF标记指示该帧的结束和下一帧的开始。换言之，数据服务间隔是从SOF标记到SOF标记定义的。高速协议(USB 2.0)的数据服务间隔是从微帧到微帧定义的，而全速协议(USB 1.1)的数据服务间隔是从帧到帧定义的。
图1还描绘了当USB协议在L0高功率操作模式下时的USB数据结构(例如，参见示例“L0”定时信号图)。L0操作模式下的数据结构显示了从SOF到SOF定义的每个数据服务间隔，其中嵌入了音频数据/内容。图1进一步显示了操作模式可在L0操作模式和L1操作模式之间交替或切换(例如，参见示例“L0/L1”和“模式”定时信号图)。
然而，当操作模式从L0模式转换为L1模式时会出现问题，因为在L0模式下会存在的SOF标记会在转换为L1模式时消失。USB主机可具有晶体时钟时基(例如，USB时钟)，并且USB设备可具有本地时基。USB主机可不时经由USB链路将SOF标记传输到USB设备。当USB系统从L0高功率操作模式转换为L1睡眠操作模式时，SOF标记可消失或缺席。图1中通过L0/L1定时信号图中的虚线空白框/标记进一步说明SOF的消失。当发生从L0到L1的转换时，USB系统可能不知道SOF何时或多久消失一次，直到它们消失。SOF标记的消失可能不一定是主机-设备系统处理和传送USB数据的问题。然而，在某些应用(诸如音频、视频和传感器应用)中，参考的时间或共享的概念是需要的、必需的和/或可能至关重要的。在这些应用中，USB系统了解和跟踪SOF标记的存在以及它们何时出现的能力是至关重要的。这种SOF标记消失问题可能只会成为更大的问题，因为较新的音频USB协议版本，诸如USB音频3类标准，现在要求设备通常接受L1模式请求，并且仅在某些例外条件或情况下拒绝它们。
图1还显示当USB系统在仅L0模式下操作时(例如，参见示例“仅L0模式”定时信号图)，会出现许多周期性的“S”脉冲，这表示用于划分各种数据服务间隔的SOF到SOF标记的周期性存在。但是，图1还显示当USB系统在L0/L1交替模式下操作时(例如，参见“仅L0模式”下方的示例“L0/L1”定时信号图)，“S”脉冲表示SOF标记，“A”脉冲表示音频数据/内容，并且“Xs”表示USB设备不再能够从USB中看到或检测到SOF标记的时间；也就是说，SOF标记已消失，无法被USB设备检测到。当发生SOF标记的此类消失时，它们可能以非周期性的方式发生。SOF标记消失可能以非周期性的方式发生，因为每当USB系统(例如，主机和/或设备任一者)需要从睡眠状态唤醒时，SOF标记的稍后重新出现可能发生。问题在于，当来自主机的SOF标记在设备处消失时，不能保证将数据正确地(例如，无论是部分地还是完全地)发送到设备，也不能及时地发送到设备。
USB系统适应不同USB协议版本并帮助解决SOF标记消失问题(例如，对仅通过SOF标记传送的USB数据的依赖性)的现有方法是通过使用图1底部附近显示的bInterval来实现。可将bInterval定义为基于2N-1个数据服务间隔的持续时间，其中N为整数，该整数为1或更大，并保证在每个bInterval内能有时发送数据。bInterval不依赖于SOF标记来划分数据微帧/帧，因此也不依赖于SOF标记来确定何时传送音频数据。对于每个bInterval，主机将向设备发送带有数据的bInterval。然而，没有将在该bInterval中的何时设定为发送数据的设定时间。由于bInterval是基于以2N-1个数据服务间隔为基础的可变持续时间来定义的，因此bInterval可最终按照微帧(用于高速操作)或帧(用于全速操作)来定义。数据可非周期性地发送，即，在bInterval中的每个内的不同的微帧/帧处发送。例如，当N＝3时，bInterval的频率为1毫秒，这与USB全速操作(例如USB 1.1)的数据服务间隔的持续时间相同。作为另一示例，当N＝1时，bInterval的频率为125微秒，这与USB高速操作(例如，USB2.0)的数据服务间隔的持续时间相同。
但是，bIntervals的问题在于，每个bInterval内没有关于何时发送数据的设定时间。发送数据的速率通常为非周期性的，也就是说，它从一个bInterval到另一个bInterval可有所不同。以这种方式从主机传送的数据的非周期性不提供设备可用于能够恢复或导出当SOF标记消失时已丢失的时钟的任何有用信息(例如，周期性或稳定的信息)。因此，bInterval不会为设备提供有效的方法以能够恢复在主机端丢失的时钟。
发明内容
根据本公开的教导，可减少或消除与设备中的时钟管理的现有方法相关联的一个或多个缺点和问题。
根据本公开的实施例，可提供用于恢复设备上的设备参考时钟的方法，该设备参考时钟与主机的主机参考时钟在从主机到设备的时钟信令不可用时成比例。该方法可包括：通过用设备监控从主机传送到设备的主机帧开始标记，测量主机参考时钟和设备的设备参考时钟之间的比率；基于测量的比率创建恢复的参考时钟；以及基于恢复的参考时钟创建与主机帧开始标记相锁的本地帧开始标记。
根据本公开的这些和其他实施例，设备可包括：输入端，其用于接收从主机传送到设备的信息；以及控制器，其被配置成恢复设备上的设备参考时钟，该设备参考时钟与主机的主机参考时钟在从主机到设备的时钟信令不可用时成比例。控制器可通过以下方式恢复设备参考时钟：通过用设备监控经由输入端从主机传送到设备的主机帧开始标记，测量主机参考时钟和设备的设备参考时钟之间的比率；基于测量的比率创建恢复的参考时钟；以及基于恢复的参考时钟创建与主机帧开始标记相锁的本地帧开始标记。
根据本公开的这些和其他实施例，可提供用于在用于恢复设备上的设备参考时钟的恢复的时钟参考中生成尚未(NYET)信号的方法，其中NYET信号指示该设备尚未准备好转换为低功率模式，以便提高代表通信耦合到设备的主机的主机参考时钟的恢复的参考时钟的质量。该方法可以包括：检测从主机到设备的帧开始标记的接收，响应于检测到帧开始标记的接收，确定是否满足NYET生成的条件，响应于满足NYET生成的条件，生成NYET信号以使得主机继续生成帧开始标记，以及响应于未满足NYET生成的条件，使得设备生成用于设备转换为低功率模式的确认信号。
根据本公开的这些和其他实施例，设备可包括：输入端，其用于接收从主机传送到该设备的信息；以及控制器，其被配置成在用于恢复设备上的设备参考时钟的恢复的时钟参考中生成尚未(NYET)信号，其中NYET信号指示该设备尚未准备好转换为低功率模式，以便提高代表通信耦合到设备的主机的主机参考时钟的恢复的参考时钟的质量。控制器可通过以下方式生成NYET信号：检测从主机到设备的帧开始标记的接收，响应于检测到帧开始标记的接收，确定是否满足NYET生成的条件，响应于满足NYET生成的条件，生成NYET信号以使得主机继续生成帧开始标记，以及响应于未满足NYET生成的条件，使得设备生成用于设备转换为低功率模式的确认信号。
根据本文所包括的附图、描述和权利要求，本公开的技术优点对于本领域技术人员而言为显而易见的。实施例的目的和优点将至少通过权利要求中特别指出的元件、特征和组合来认识到和实现。
应理解，前面的一般描述和下面的详细描述均是示例和解释性的，而不是对本公开中阐述的权利要求的限制。
附图说明
通过参考以下结合附图所采取的描述，可获得对本发明实施例及其优点的更完整的理解，其中相同的附图标记指示相同的特征，并且其中：
图1示出了本领域中已知的经由通用串行总线彼此耦合的主机和设备之间的通信的定时图；
图2示出了根据本公开的实施例的示例个人音频设备；
图3示出了根据本公开的实施例的具有经由USB总线耦合的USB主机和USB设备的示例系统的框图；
图4示出了根据本公开的实施例的USB设备控制器的框图；
图5示出了根据本公开的实施例的恢复块的框图；
图6示出了根据本公开的实施例的另一恢复块的框图；
图7示出了根据本公开的实施例的显示恢复块的功能的流程图；
图8示出了根据本公开的实施例的流程图，该流程图显示了通过异步采样速率转换器在主机时钟域和本地时钟域之间进行的转换；
图9示出了根据本公开的实施例的流程图，该流程图描绘了用于减少恢复的时钟信号中的噪声的异步反馈信号的计算；
图10示出了根据本公开的实施例的用于生成尚未信号的示例状态图；以及
图11示出了根据本公开的实施例的用于生成尚未信号的另一示例状态图。
具体实施方式
图2示出了根据本公开的实施例的示例个人音频设备1。如图2所描绘的个人音频设备1代表了许多类型的设备中的一种，这些设备可作为主机通过通信协议总线(例如USB)进行通信。例如，出于本公开的目的，笔记本计算机、膝上型计算机、平板计算机和台式计算机也可为可作为主机操作以耦合到设备的设备的示例。
如图2所示，个人音频设备1可具有已耦合到其上的设备5，例如USB设备或适配器。设备5可包括用作用于接收一个或多个其他外围设备的电端子的端口6，使得设备5可用作此类一个或多个外围设备和个人音频设备1之间的接口。作为非限制性示例，图2描绘了一对耳塞式扬声器8A和耳塞式扬声器8B形式的头戴式受话器3，其中头戴式受话器3经由设备5耦合到个人音频设备1。图2中描绘的头戴受话器3仅为外围设备的示例，并且应理解，个人音频设备1或任何其他合适的主机可与各种外围设备结合使用，包括其他音频设备(例如，耳机、耳塞、入耳式耳机和外部扬声器)或非音频设备(光学设备、存储介质等)。插头4可提供头戴式受话器3到设备5的端口6的连接。个人音频设备1可使用触摸屏2向用户提供显示并接收用户输入，或者另选地，标准液晶显示器(LCD)可与设置在个人音频设备1的表面和/或侧面上的各种按钮、滑块和/或拨号盘组合。同样如图2所示，个人音频设备1可包括处理器9，用于控制个人音频设备1和耦合到其上的设备5和头戴式受话器3的操作。如下面更详细描述的，处理器9可包括或以其他方式实施即插即用设备控制器，用于管理设备5和耦合到其上的外围设备。
图3示出了根据本公开的实施例的具有经由USB总线13耦合的USB主机12和USB设备14的示例系统10的框图。USB主机12可为任何合适的主机设备，包括但不限于图2所描绘的个人音频设备1。如图3所示，USB主机12可包括主机控制器16以及其他组件，如本领域所公知的。主机控制器及其用于在主机系统和其他设备之间提供接口的功能在本领域中为众所周知的。
如图3所描绘的，USB设备14可包括设备控制器18和多个端口19(例如，端口19a和端口19b)。如图3所示，在一些实施例中，一个或多个端口19可用3.5mm，4极尖环环套筒(TRRS)插座来实施。3.5-mm TRRS连接器可支持许多不同的模拟和数字连接。例如，端口19a可包括经由模拟接口15耦合到设备控制器18的模拟端口，并且可支持模拟设备，包括但不限于线路输入设备、具有麦克风的头戴式受话器、没有麦克风的头戴式受话器、单声道麦克风和/或立体声麦克风。作为另一示例，端口19b可包括经由数字接口17耦合到设备控制器18的数字端口，并且可支持数字设备，包括但不限于光学输入设备和光学输出设备。因此，USB设备14的适当设备能力可取决于将哪些外围设备插入端口19中。
在操作中，并且如本文中更详细地描述的，设备控制器18可被配置成恢复设备14上的设备参考时钟，该设备参考时钟与主机12的主机参考时钟在从主机到设备的时钟信令不可用时成比例。附加地或另选地，设备控制器18可被配置成在用于恢复设备14上的设备参考时钟的恢复的时钟参考中生成尚未(NYET)信号，其中NYET信号指示设备14尚未准备好转换为低功率模式，以便提高代表主机12的主机参考时钟的恢复的参考时钟的质量。
尽管本公开中的许多论述均设想了经由USB接口耦合到USB设备并经由USB协议通信的USB主机，但是本文公开的方法和系统也可应用于经由合适的通信协议接口和合适的通信协议耦合到任何合适的设备的任何其他合适类型的主机。
图4示出了根据本公开的实施例的USB设备控制器18的框图。在图4中，虚线示出了主机时钟域22(例如，与USB主机时钟及其USB时钟速率有关)和设备时钟域24在USB设备控制器18内的划分。在主机时钟域22侧上，USB接口26可接收DP和DM有效载荷信息，并且可将数据和控制信息馈送到微处理器28中。微处理器28可将主机时钟速率提供给异步采样速率转换器(ASRC)30。USB接口26还可将SOF标记信息传送到恢复块32。恢复块32可提供接收到的SOF标记信息，该SOF标记信息包括关于何时接收SOF标记以及何时SOF标记丢失或消失的信息。USB接口26还可将丢失的SOF标记信息38直接提供给NYET生成块34，而恢复块32可将恢复的SOF标记信息36提供给NYET生成块34。NYET生成块34可将其输出传送到微处理器28。下面结合图10更详细地论述和描述NYET生成块34的操作。
恢复块32还可基于丢失的SOF标记信息38将恢复的SOF标记信息36提供给采样速率生成器或速率估计器块40。微处理器28可将恢复的USB速率信息输出到速率估计器块40和ASRC 30。当从主机12传送的SOF标记丢失或消失时，速率估计器块40可生成与主机参考时钟(例如，USB主机时钟)成比例的恢复的参考时钟，并且然后向设备14提供恢复的参考时钟。
因为主机参考时钟被恢复，所以当SOF标记消失时，ASRC 30可使用恢复的参考时钟来根据设备参考时钟生成编解码器采样频率Fs。如图4所示，恢复的设备参考时钟可用作设备时钟域24的组件(例如，数模转换器(DAC)41、模数转换器(ADC)43和/或根据集成电路间声音(I2S)协议操作的组件45)的时钟参考。
当USB链路在同步模式下操作时，可通过使用异步时钟基址来实现主机12与设备14之间的跨USB协议的通信。用于对通信数据进行采样速率转换的ASRC可能需要基于频率采样输入(Fsi)与频率采样输出(Fso)比率的信号。当处理主机和设备之间的异步数据时，可能希望在其正常的性能操作和锁定方式中使用常用的编解码器ASRC，但可能需要避免缓冲区上溢/下溢。
而且，诸如DP/DM的物理接口(PHY IP)可能不会为主机的时钟基址提供锁相时钟。可能不希望必须将锁相环(PLL)或晶体单独提供给用于提供时钟的设备。然而，希望支持允许主机12关闭通信链路长达4毫秒的USB L1睡眠模式的使用，在此期间来自主机12的频率参考消失。可能需要支持同步模式，在该同步模式下，主机12以与其发送的参考而不是来自设备的参考成比例的速率发送数据。
从主机12到设备14的参考的实际跳过模式可为非周期性的。换言之，可能不需要主机12提供SOF周期的子谐波；主机12可发送或不发送，而无需任何规律性或周期性，只要它在发送时间之间不超过4毫秒即可。
本公开的实施例可提供机制，用于在不使用晶体或外部时钟的情况下并且在实际接收到的参考少至250Hz存在的情况下，USB中以8kHz(或其他采样速率)的SOF标记的采样速率恢复参考(例如，恢复的USB主机时钟)。本公开的实施例可利用紧密跟踪接收到的SOF标记的恢复环路和处理高频滤波的下游ASRC估计器。
设备14可从主机12的8-kHz信号中接收SOF标记，该主机12始终在运行并且在USB系统在L1睡眠模式下操作时不会停止。设备14从主机12接收到的所有SOF标记均可基于8-kHz信号，但是在L1模式下操作时，设备14可能在长达4毫秒的时间内未接收到SOF。SOF标记可为比设备14的本地时钟(例如，液晶振荡器)更好的参考，因为SOF标记基于晶体并且可与接收到的数据采样速率同步。可利用在从USB控制器接收到SOF标记时切换的信号，并且可对该信号进行同步和边缘检测。
速率恢复的最终目标是上述Fsi/Fso信号为USB域数据馈送面对它们的ASRC和FIFO控件(例如，在图4中标记为“恢复的采样速率”)。ASRC用自己的采样速率估计器可很好地滤波较高频抖动。然而，人们希望不引入低频抖动，尤其是在1Hz左右。因此，在特定实施例中，可选择不具有在1Hz下的谐振驼峰并且具有良好的跟踪特性的环路滤波器。在一般情况下，应根据所用ASRC的特性适当选择环路滤波器。
图5示出了根据本公开的实施例的与速率估计器40接合的示例恢复块32A的框图。在一些实施例中，恢复块32A可用于实施图4的设备控制器18的恢复块32。如图5所示，可将恢复块32A类似于锁相环(“PLL”)进行布置，但重要的例外在于恢复块32A可不包括模拟组件，并且因此，不存在提供时钟速率的模拟信号或USB设备以每四毫秒一个以上的速率接收SOF标记的任何保证。如图5所示，恢复块32A可包括相位检测器42，用于从主机12接收SOF标记，其输出馈送到环路滤波器44。可将环路滤波器44的输出又馈送到N/M分频器46。可将代表设备参考时钟的音频时钟(例如12.288MHz时钟)馈送到N/M分频器46，并且可将该音频时钟输出为恢复的参考时钟。对于N/M分频器46，N可代表主机参考时钟或与主机参考时钟成比例，而M可代表设备参考时钟或与设备参考时钟成比例。恢复的参考时钟又可馈送到速率估计器40。速率估计器40可输出恢复的USB参考速率信号或恢复的SOF标记信号，并且可将恢复的USB参考速率或恢复的SOF标记信号馈送回相位检测器42。速率估计器40还可输出恢复的采样速率(例如，到ASRC 30)。
如上所述，相位检测器42可从主机12接收SOF标记。当SOF标记到达设备14时，可由相位检测器42执行所接收的SOF标记速率和恢复的SOF标记速率之间的比较。当通过由相位检测器42执行的比较检测到误差时，该误差可被传送到环路滤波器44以相应地调整N/M分频器46，使得N/M分频器46可创建与主机参考时钟成比例的恢复的参考时钟(诸如大约6.144MHz的时钟)。
例如，在类似于比例和积分锁相环(PLL)方法的方法中，当在设备14处存在SOF标记并且测量相位误差时，可执行“比例”操作以通过误差量调整N/M分频器中的M，以在特定时间段内(例如，在62.5微秒内)排列相位。在一些情况下，这种调整可能很大。进行误差调整后，“比例”操作可能会停止。因此，“比例”操作可被认为是快速更新。“积分”操作可代表SOF频率速率的当前估计。可相对于比例调整按比例缩小对此类积分器的输入。因此，“积分”操作可被恒定地应用，并且“比例”操作的结果可仅在快速更新时段期间与其组合，如恢复块32B所示。
因此，这种恢复方法利用了在恢复块32之后的速率估计器40。可允许速率估计器40滤除高频，并且因此当调整N/M分频器46的N/M比时，可防止或最小化滤除高频的附加努力。可快速校正相位，这允许“比例”操作。长期频率调整(例如，“积分”操作)可能发生得足够慢以避免振荡。此外，在存在速率估计器40的情况下，恢复的SOF的反馈对于路径反馈相位检测器42可能不需要附加滤波。
图6示出了根据本公开的实施例的示例恢复块32B的框图。在一些实施例中，恢复块32B可用于实施图4的设备控制器18的恢复块32。图6的恢复块32B可被认为是比图5的恢复块32A更传统的架构。如图6所示，恢复块32B可包括相位检测器52和环路滤波器54。相位检测器52可从主机接收SOF标记速率，并且还从设备14接收反馈的恢复的SOF标记速率。环路滤波器54可包括具有由增益元件60提供的可变增益的积分路径、具有传递函数(1/(1–z-1)的积分器62以及耦合在一起的求和器64，如图6所示。环路滤波器54也可具有由增益元件66提供并耦合到求和器64的另一可变增益，如图5所示。可将求和器64的输出作为输入M馈送到N/M分频器块56中。N/M分频器模块56的输出可提供恢复的参考时钟(例如，大约6.144Mhz)。恢复的参考时钟可由时钟分频器58接收(例如，执行8/6144分频)，使得时钟分频器58输出大约8kHz的恢复的SOF标记速率，并将该恢复的SOF标记速率馈送到相位检测器52。在恢复块32B的操作中，当相位检测器52未检测到误差时，通过比例路径传播的值为零，并且因此积分路径等于输入到N/M分频器56的值M。
可能需要执行启动过程以初始化图4、图5和图6中的恢复块32的操作。根据此类启动过程的一个实施例，恢复块32可接收SOF标记，并且可测量作为特定持续时间稍后(例如，毫秒)的时间。可使用毫秒，因为可假设在第一次激活USB链路的第一毫秒内不存在L1操作模式。此类时间(例如，在接收到SOF标记之后的一毫秒)可用作环路滤波器44或环路滤波器54的积分器的初始值(例如，环路滤波器状态变量的积分路径的初始值)。因此，积分器可最初代表适当或足够好的频率估计，但是不知道或不具有关于相位或相位对准的信息。集成路径可将长期频率保持为主机参考时钟与设备参考时钟的正确比率。环路滤波器的比例路径可校正相位，并且相位校正最初可能很大。
图7示出了根据本公开的实施例的恢复模块32(例如，图4所示的恢复模块32、图5所示的恢复模块32A和/或图6所示的恢复模块32B)的功能的流程图。如图7所示，第一操作块72可将长期比率测量为N/M，即主机参考速率与设备参考速率之间的比率。可通过监控由主机12发送到设备14的SOF标记并将SOF标记与主设备时钟MCLK进行比较来实现此类测量。第一操作块72可生成值M和N，该值M和N被传递给第二操作块74，第二操作块74可为N/M分频器使能创建器。第二操作块74可接收主设备时钟MCLK，执行主机速率与设备速率之比和主设备时钟MCLK的乘法。结果，第二操作块74可提供恢复的时钟使能RCLK_EN，该时钟使能RCLK_EN可用于向第三操作块76提供恢复的参考时钟(例如，大约6.144Mhz)。本领域技术人员可理解，恢复的时钟使能和从该使能生成的时钟(例如，恢复的参考时钟)可包括相同的信息，并且本公开的实施方式可使用其中任一者或两者。恢复的时钟使能和/或恢复的参考时钟可用于为设备14创建与来自主机12的监控的SOF标记相锁的本地SOF标记。恢复的参考时钟或恢复的时钟使能可用于跟踪设备本地的微帧(mF)或生成音频参考时钟。音频参考时钟可用于：1)生成一个或多个音频采样速率，2)生成异步反馈端点的信息，3)以同步采样速率转换，或4)以异步采样速率转换
第三操作块76可包括用于提供支持速率的心跳生成的操作块。第三操作块76可接收恢复的参考时钟和主设备时钟MCLK两者。可执行恢复参考时钟的固定分频，以提供各种所需的采样速率或支持速率。选择器78可接收采样速率/支持速率，并且可基于用于发送数据的数据速率和用于某些采样速率的USB配置信息来选择采样速率/支持速率。现在参考图7和图8两者，取决于选择的采样速率，选择器78可将频率采样输入(Fsi)采样发送到ASRC30，该频率采样输入(Fsi)采样处于要从主时钟域22转换到设备时钟域24的数据的主机时钟速率。选择器78也可将频率采样输出(Fso)发送到另一个ASRC 30，该频率采样输出(Fso)处于将要转换到主机时钟速率的数据的本地时钟速率。
再次参考图6，从N/M分频器56输出的恢复的参考时钟可能有噪声。在许多情况下，此类嘈杂的时钟输出不是问题。但是，在某些应用中，此类嘈杂的时钟输出可能会成为问题。此类应用包括在系统计数器中使用此类恢复的USB时钟或系统中使用微帧计数。为此，图9描绘了方法90的流程图，其中可通过使用恢复的SOF标记速率生成异步反馈信号，并且可基于方法90的结果生成异步反馈信号，以平滑噪声恢复的USB时钟。如图9所示，可将恢复的SOF标记速率馈送到计数器92，并且将(本地参考时钟的)本地采样速率馈送到另一个计数器94。可同时读取恢复的SOF速率和本地采样速率两者，并且然后稍后在另一时间再次读取。可确定恢复的SOF速率的第一次读取和第二次读取之间的第一增量Δ1与设备时钟速率的第一次读取和第二次读取之间的第二增量Δ2。然后，设备控制器18可使用第一增量和第二增量之间的比率Δ1/Δ2计算异步反馈。异步反馈可从设备14传送到主机12，以使得主机12减慢或加速主机参考时钟，使得主机参考时钟与设备参考时钟匹配。
一旦设备14开始接收有效的SOF标记，就可开始由恢复块32进行的速率恢复。到链路已配置时，本地N/M估计可用于速率生成(例如，示例完全建立时间为20毫秒，但几毫秒就足够了)。如果通过软件而非硬件进行N/M估计，则可对软件进行编程以在设备14开始使用它们之前等待N/M估计是合适的或者至少足够好的。
图10示出了根据本公开的实施例的用于生成NYET信号的示例状态图100。在一些实施例中，由状态图100代表的方法可由图4中所示的NYET生成块34执行。设备14的恢复参考系统中的NYET生成可用于提高代表主机12的主机参考时钟的恢复的参考时钟的质量。NYET生成操作可在如图10所描绘的开始状态102开始。在开始状态，可执行设备14从主机12接收到帧开始(SOF)标记的检测，并且设备14可使用恢复的参考时钟。在检测到接收到SOF标记后，确定是否满足条件。如果尚未满足条件，则NYET生成操作将保持在开始状态，并且USB设备将继续使用恢复的参考时钟。然而，如果已满足条件，则NYET生成操作将从开始状态移动到发送NYET状态104。在发送NYET状态下，生成NYET信号并将其发送到USB设备，以停止使用恢复的参考时钟。NYET生成操作可保持在发送NYET状态，并且恢复的参考时钟的使用可继续停止，直到不再满足该条件为止。当不再满足条件时，NYET生成操作从发送NYET状态返回到开始状态。然后，NYET生成操作继续从此处再次重复。
NYET生成操作的示例条件包括但不限于：1)自恢复的参考系统上次接收到来自USB主机的信令以来已经过了预定的时间量；2)恢复的参考时钟中的误差是否超过预定阈值；3)自恢复的参考系统上次接收到来自USB主机的信令以来是否已经过了预定数量的微帧；或者4)自恢复的参考系统上次在连续的微帧中接收到来自USB主机的信令以来是否已经过了预定数量的微帧。
在存在延迟要求的情况下，可选择这一代以确保系统在足够的时间内重新同步，以满足延迟要求。同样，下面结合图11的状态图110对唤醒状态106的描述可用于必须满足等待时间要求以及在没有及时的NYET机会时的情况。
状态图110可包括状态图100中所示的状态以外的附加状态106。在确定应发送NYET的情况下，如果没有足够的机会立即发送NYET，则设备14可在状态106下唤醒主机12。用于确定NYET花费太长时间以至于不能发出并且需要唤醒的示例条件可包括但不限于：1)自恢复的参考系统上次接收到来自USB主机的信令以来已经过了预定的时间量；2)恢复的参考时钟中的误差是否超过预定阈值；3)自恢复的参考系统上次接收到来自USB主机的信令以来是否已经过了预定数量的微帧；4)自恢复的参考系统上次在连续的微帧中接收到来自USB主机的信令以来是否已经过了预定数量的微帧；或者5)BSEL/HIRD恢复时间长于USB设备必须发出NYET以维持准确性的时间。
如本文所使用的，当两个或更多个元件被称为彼此“耦合”时，该术语指示该两个或更多个元件处于电子连通或机械连通中(如适用)，无论是间接连接还是直接连接，具有或没有中间元件。
本公开涵盖本领域普通技术人员将理解的对本文的示例性实施例的所有改变、替换、变化、变更和修改。类似地，在适当的情况下，所附权利要求涵盖本领域技术人员将理解的对本文的示例性实施例的所有改变、替换、变化、变更和修改。此外，在所附权利要求中，对适于、被布置成、能够、被配置成、启用、可操作成或可运转成执行特定功能的装置或系统或装置或系统的组件的引用，涵盖该装置、系统或组件，无论其或该特定功能是否被激活、开启或解锁，只要该装置、系统或组件是如此适配、布置、能够、配置、启用、可操作或可运转的。
本文列举的所有示例和条件语言旨在用于教学目的，以帮助读者理解本发明和发明人为促进本领域而贡献的概念，并且被解释为不限于此类具体列举的示例和条件。尽管已详细描述了本发明的实施例，但是应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可对其进行各种改变、替换和变更。

Claims (20)

1.一种用于恢复设备上的设备参考时钟的方法，所述设备参考时钟的频率与主机的主机参考时钟的频率在从所述主机到所述设备的时钟信令不可用时成比例，其中所述设备被配置成与所述主机通信，所述方法包括：
通过用所述设备监控从所述主机传送到所述设备的主机帧开始标记，测量所述主机参考时钟的频率和所述设备的所述设备参考时钟的频率之间的比率；
基于所述测量的比率创建恢复的参考时钟；以及
基于所述恢复的参考时钟在所述设备上创建与所述主机帧开始标记的相位锁定的本地帧开始标记。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述恢复的参考时钟跟踪所述设备本地的微帧。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所述恢复的参考时钟生成所述设备本地的音频参考时钟。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括基于所述恢复的参考时钟生成一个或多个音频采样速率。
5.根据权利要求3所述的方法，还包括基于所述恢复的参考时钟生成异步反馈端点的信息。
6.根据权利要求3所述的方法，还包括基于所述恢复的参考时钟执行同步采样速率转换。
7.根据权利要求3所述的方法，还包括基于所述恢复的参考时钟执行异步采样速率转换。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述主机为通用串行总线主机，并且所述设备为通用串行总线设备。
9.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述测量的比率创建所述恢复的参考时钟包括：
检测所述主机帧开始标记和恢复的参考速率之间的相位差；
滤波所述相位差以生成滤波后的相位差；以及
将所述滤波后的相位差与所述设备参考时钟进行比较，以生成所述恢复的参考时钟。
10.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述测量的比率创建所述恢复的参考时钟包括：
检测所述主机帧开始标记和所述恢复的参考时钟之间的相位差；
滤波所述相位差以生成滤波后的相位差；以及
将所述滤波后的相位差与所述设备参考时钟进行比较，以生成所述恢复的参考时钟。
11.一种具有恢复设备参考时钟功能的设备，包括：
输入端，其用于接收从主机传送到所述设备的信息；以及
控制器，其被配置成恢复所述设备上的设备参考时钟，所述设备参考时钟的频率与所述主机的主机参考时钟的频率在从所述主机到所述设备的时钟信令不可用时成比例，其中所述设备被配置成通过以下方式与所述主机通信：
通过用所述设备监控从所述主机传送到所述设备的主机帧开始标记，测量所述主机参考时钟的频率和所述设备的所述设备参考时钟的频率之间的比率；
基于所述测量的比率创建恢复的参考时钟；以及
基于所述恢复的参考时钟在所述设备上创建与所述主机帧开始标记的相位锁定的本地帧开始标记。
12.根据权利要求11所述的设备，所述控制器还被配置成基于所述恢复的参考时钟跟踪所述设备本地的微帧。
13.根据权利要求11所述的设备，所述控制器还被配置成基于所述恢复的参考时钟生成所述设备本地的音频参考时钟。
14.根据权利要求13所述的设备，所述控制器还被配置成基于所述恢复的参考时钟生成一个或多个音频采样速率。
15.根据权利要求13所述的设备，所述控制器还被配置成基于所述恢复的参考时钟生成用于异步反馈端点的信息。
16.根据权利要求13所述的设备，所述控制器还被配置成基于所述恢复的参考时钟执行同步采样速率转换。
17.根据权利要求13所述的设备，所述控制器还被配置成基于所述恢复的参考时钟执行异步采样速率转换。
18.根据权利要求11所述的设备，其中所述主机为通用串行总线主机，并且所述设备为通用串行总线设备。
19.根据权利要求11所述的设备，其中基于所述测量的比率创建所述恢复的参考时钟包括：
检测所述主机帧开始标记和恢复的参考速率之间的相位差；
滤波所述相位差以生成滤波后的相位差；以及
将所述滤波后的相位差与所述设备参考时钟进行比较，以生成所述恢复的参考时钟。
20.根据权利要求11所述的设备，其中基于所述测量的比率创建所述恢复的参考时钟包括：
检测所述主机帧开始标记和所述恢复的参考时钟之间的相位差；
滤波所述相位差以生成滤波后的相位差；以及
将所述滤波后的相位差与所述设备参考时钟进行比较，以生成所述恢复的参考时钟。
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