DE60003378T2 - System und verfahren zur erzeugung von slavetaktsignalen für synchrone datenübertragungsnetzwerke - Google Patents

System und verfahren zur erzeugung von slavetaktsignalen für synchrone datenübertragungsnetzwerke Download PDF

Info

Publication number
DE60003378T2
DE60003378T2 DE60003378T DE60003378T DE60003378T2 DE 60003378 T2 DE60003378 T2 DE 60003378T2 DE 60003378 T DE60003378 T DE 60003378T DE 60003378 T DE60003378 T DE 60003378T DE 60003378 T2 DE60003378 T2 DE 60003378T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
clock
frequency
slave clock
slave
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60003378T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60003378D1 (de
Inventor
David John Southampton TONKS
Andrew Southampton MCKNIGHT
Jonathan Ringwood LAMB
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semtech Corp
Original Assignee
Semtech Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semtech Corp filed Critical Semtech Corp
Application granted granted Critical
Publication of DE60003378D1 publication Critical patent/DE60003378D1/de
Publication of DE60003378T2 publication Critical patent/DE60003378T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L7/00Arrangements for synchronising receiver with transmitter
    • H04L7/04Speed or phase control by synchronisation signals
    • H04L7/10Arrangements for initial synchronisation
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04JMULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00Time-division multiplex systems
    • H04J3/02Details
    • H04J3/06Synchronising arrangements
    • H04J3/0635Clock or time synchronisation in a network
    • H04J3/0685Clock or time synchronisation in a node; Intranode synchronisation
    • H04J3/0688Change of the master or reference, e.g. take-over or failure of the master
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/04Generating or distributing clock signals or signals derived directly therefrom
    • G06F1/08Clock generators with changeable or programmable clock frequency
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/04Generating or distributing clock signals or signals derived directly therefrom
    • G06F1/10Distribution of clock signals, e.g. skew

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
  • Manipulation Of Pulses (AREA)
  • Use Of Switch Circuits For Exchanges And Methods Of Control Of Multiplex Exchanges (AREA)
  • Exchange Systems With Centralized Control (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG Feld der Erfindung
  • Diese Erfindung bezieht sich auf das technische Feld der synchronen Telekommunikationsnetzwerke und insbesondere auf die Herstellung von Slavetakten, die mit einer Bezugstaktquelle synchronisiert sind zur Verwendung in solch einem Netzwerk.
  • Beschreibung des verwandten Standes der Technik
  • Große Telekommunikationsnetzwerke bestehen aus Vermittlungsmaschinen und Übertragungsleitungen. Digitale Netzwerke unterstützen Dienste, deren Signale im Ursprung entweder analog oder digital sind, wobei analoge Signale durch ein digitales Netzwerk durchgeführt werden, in dem sie als eine Sequenz von digitalen Wörtern repräsentiert werden.
  • Zwei Haupttypen von digitalen Telekommunikationsnetzwerken existieren: leitungsvermittelte und Paketvermittelte. Leitungsvermittelte Netzwerke entwickelten sich, um Echtzeitdienste zu befördern, wie z. B. Sprache, während Paketvermittelte Netzwerke sich entwickelten, um Daten-orientierte Dienste zu befördern. Bis vor kurzem wurden getrennte Netzwerke für leitungsvermittelte und Paketvermittelte Architekturen benötigt und große Unterschiede konnten in den Ausrüstungselementen gefunden werden, die benutzt wurden, um diese zu aufzubauen. Diese Trennung ist kostenaufwändig hinsichtlich der Ausrüstungskosten, Instandhaltung und dem Betrieb der Netzwerke. Es wurde eine Zeit lang erkannt, dass Wirkungsgrade realisiert werden könnten, falls beide Architekturtypen in dem selben Netzwerk koexistieren könnten, aber eine Anzahl von Hürden muss zuerst bewältigt werden.
  • Für viele Jahre war der Fernsprechverkehr dominant und hat dazu geführt, dass die leitungsvermittelten Netzwerke die Paketvermittelten Netzwerke in den Schatten stellten. Obwohl Nicht-Sprach-Dienste schnell anwachsen, muss die Größe der leitungsvermittelten Netzwerke berücksichtigt werden, wenn versucht wird, ein gemeinsames Netzwerk zu bilden. Auf Grund der großen Anzahl an leitungsvermittelter Ausrüstung, die bereits etabliert ist, ist eine Verwendung solch eines Netzwerks für beides, Sprach- und Datenverkehr, wünschenswert. Jedoch ist eine relativ hohe Fehlerrate inhärent beim Aufbauen von leitungsvermittelten Netzwerken, was ungeeignet ist für die Anforderungen von Paket-basierten Kommunikationen.
  • Ein Weg, in dem Sprach- oder Datenverkehr beschädigt werden kann, ist wenn Proben (Samples) verloren werden auf Grund von aufeinander folgenden Umschaltern, die mit leicht unterschiedlichen Raten arbeiten. Die Übertragungsrate durch einen ersten Umschalter wird von der Geschwindigkeit des Vermittlungstakts bestimmt, der dem Umschalter bereitgestellt wird. Ähnlich hierzu wird die Verbrauchsrate von Signalen am Eingang eines zweiten Umschalters durch die Geschwindigkeit des Vermittlungstakts bestimmt, der dem zweiten Umschalter bereitgestellt wird. Wenn die Verbrauchsrate mit der Ankunftsrate übereinstimmt, arbeiten die Umschalter fehlerfrei. Wenn die Verbrauchsrate jedoch unterschiedlich zu der Ankunftsrate ist, erzeugen die Umschalter Fehler, wobei die kumulative Wirkung hiervon sehr groß werden kann, während ein Signal durch ein Netzwerk fortschreitet. Puffer können an den Eingängen von Umschaltern platziert werden, um Unterschiede in Übertragungsraten anzupassen, aber diese führen Verzögerungen ein, die eben so eine schädliche Wirkung auf die Qualität des empfangenen Signals haben können.
  • Diese Schwierigkeiten machen die Verwendung von leitungsvermittelten Netzwerken zum Befördern von Paketen problematisch. Auf Grund der Notwendigkeit, Pakete neu zu übertragen, die Fehler enthalten, wird der Durchsatz eines Paketvermittelten Netzwerks wesentlich reduziert, wenn nur eine geringe Fehlerrate vorliegt. Eine unbeschädigte Übertragung von digitalen Signalen durch und zwischen Umschaltern hängt von der relativen Genauigkeit ab, mit der die individuellen Umschaltertakte arbeiten. Um Fehlerraten in den Umschaltern zu reduzieren, ist es notwendig, die Umschalter mit der selben Rate zu betreiben. Moderne Kommunikationsnetzwerke haben typischerweise eine hierarchische Taktverteilungsstruktur, um einen gemeinsamen Takt an alle Umschalter zu verteilen. Umschalter können, falls benötigt, entweder mit einem Takt von einem übergeordneten Umschalter oder von einem Umschalter auf der gleichen Ebene synchronisiert werden. Jeder Umschalter ist somit eine Quelle eines Taktsignals für benachbarte Umschalter. Zu jeder Zeit, wenn ein Takt regeneriert wird, wird der neue Takt als ein "Slave" des Takts bezeichnet, von dem er abgeleitet wurde (ein "Master"-Takt).
  • Taktverteilungsnetzwerke neigen zu gelegentlichen Fehlern, und eine Aufrechterhaltung des Betriebes des Netzwerks während einer Unterbrechung ist eine Hauptvoraussetzung. Aus diesem Grund muss das Verteilungsnetzwerk einen gewissen Grad an Belastbarkeit und Selbstregenerierung aufweisen. Drei Betriebsmodi wurden in den verschiedenen Standards identifiziert, die große synchrone Telekommunikationsnetzwerke bestimmen: verriegelter Modus, Haltemodus und freilaufender Modus. Diese Modi spiegeln die drei Stufen des Betriebes eines Verteilungsnetzwerkelements wider. Beim Einschalten geht die Takterzeugungshardware in den "freilaufenden" Modus über. In diesem Modus ist der lokale Slavetakt dazu vorgesehen, stabil und in der Nähe der nominalen Netzwerkrate zu sein, aber es nicht erforderlich, dass er synchron ist. Der freilaufende Modus wird üblicherweise beibehalten, bis eine gute Synchronisierungsquelle von einem übergeordneten Element oder einem Element auf gleicher Ebene detektiert wird. Der "verriegelte Modus" des Betriebes wird benutzt, wenn eine gute Synchronisierungsquelle detektiert wurde, zu welcher Zeit der lokale Slavetakt zur Synchronisierung mit dem eingehenden Takt gezwungen wird. Falls die Synchronisierungsquelle ausfällt, geht der Taktguenerator in den "Haltemodus" über. In diesem Modus wird der lokale Slavetakt erzeugt, um so nahe wie möglich bei dem letzten bekannten und guten Wert des eingehenden Takts zu sein. Dies erfordert einige gespeicherte Geschichte des Verhaltens des eingehenden Takts. Die Takterzeugung kehrt zum verriegelten Modus zurück, wenn eine gute Synchronisierungsquelle detektiert wird.
  • Somit ist der Slavetaktgenerator ein kritisches Ausrüstungselement in einem Taktverteilungsnetzwerk. Dieses System muss die Anwesenheit und Abwesenheit von Synchronisierungsquellen detektieren, den Slavetakt entweder in Synchronisierung mit der besten Quelle, wenn anwesend, oder, wenn abwesend, in sehr großer Annäherung zu ihr, erzeugen. Herkömmlicherweise wurden die Leistungsanforderungen beruhend auf den verschiedenen Telekommunikationsnetzwerk-Standards (hauptsächlich ITU-T G.783, G.811–813, Bellcore GR-253-CORE, und ETSI 300462 (Teile 1 bis 6)) unter Verwendung eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) erreicht. Der VCO wird durch einen Steueralgorithmus, der als Software implementiert wird, gesteuert und läuft auf einem Mikroprozessor, der Eingaben von einer Anzahl von Sensoren (z. B. Temperatur und Spannung) und einem Phasenkomparator nimmt und eine Steuerspannung erzeugt, die den VCO zwingt, eine ausgewählte Master-Bezugsquelle zu imitieren und hierbei einen Slavetakt zu erzeugen.
  • Es gibt jedoch verschiedene Nachteile bei der Verwendung eines VCOs für eine Slavetakterzeugung. Obwohl ein VCO-basiertes System im Prinzip auf einem einzelnen Halbleiter- Substrat integriert sein könnte, macht seine Verwendung von ungleichartigen Komponenten diese Aufgabe nicht einfach. Der Betrieb von eingebetteten Mikroprozessoren, Anweisungsund Datenspeichern, und gemischten anderen digitalen Funktionen sind nicht mit dem Betrieb von sensitiven analogen Komponenten, wie z. B. Komparatoren und VCOs, kompatibel. Weiterhin kann das elektrische Rauschen, das von den digitalen Komponenten erzeugt wird, den Betrieb der analogen Komponenten verschlechtern. Insbesondere ein Rauschen, das bei der Steuereingabe eines VCOs auftritt, führt zu Variationen in der Ausgangsfrequenz, die anderweitig als Zittern (jitter) bekannt sind. Maximale Ziffer-Spezifikationen für diese Anwendung sind typischerweise eng, was bedeutet, dass nur sehr niedrige Rauschpegel toleriert werden können. Eine Rauschkontrolle ist schwierig, wenn digitale Komponenten in der Nähe von analogen Komponenten angeordnet sind, was notwendig wäre bei einer voll integrierten Implementierung.
  • Rauschprobleme liegen ebenso in diskreten VCO-Implementierungen vor, aber Vorkehrungen, die bei der Auslegung einer Schaltplatte vorgenommen werden, können eine Anordnung betriebsfähig machen. Diese Vorkehrungen sind jedoch abhängig von verschiedenen Faktoren, die häufig außerhalb der Kontrolle des Designers des Slavetaktgenerators liegen. Dies macht jede Implementierung einzigartig, da das Layout jedes Mal sorgfältig berücksichtigt werden muss, wenn eine neue Anordnung implementiert wird. Die Verwendung von diskreten Komponenten kann eben so zu unakzeptablen Graden an Platz- und Energieverbrauch führen. Schließlich erfordern sowohl diskrete als auch integrierte VCO-basierte Systeme ausgedehnte Kalibrierungsvorgänge, die benötigt werden, um die Temperaturkompensation bereitzustellen, die notwendig ist, um die Leistungsspezifikationen zu erreichen. Dies ist zeitaufwändig und teuer.
  • Die Veröffentlichung WO-A-98/25367 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung eines Systemtaktsignals, wobei das Signal periodisch auf eine ausgewählte von einer Mehrzahl von Phasenregelschleifen verriegelt sein kann. Jede von diesen sendet ein Taktsignal in einer Phasengeregelten Beziehung zu einem externen Bezugssignal aus, und sie umfassen einen numerisch gesteuerten Oszillator, der das Taktsignal der Schleife durch Teilung des Systemtaktsignals erzeugt. Ein digitales Fehlersignal, das eine Phasendifferenz zwischen dem Taktsignal der Schleife und dem externen Bezugssignal der Schleife anzeigt, wird von der ausgewählten Phasenregelschleife zu einem zentralen, numerisch gesteuerten Oszillator übertragen, und das Systemtaktsignal wird auf das Ausgangssignal des zentralen, numerisch gesteuerten Oszillators verriegelt. Eine entsprechende Schaltung umfasst ein zentrales Modul mit einem Systemtaktgenerator und eine Mehrzahl von les Modul mit einem Systemtaktgenerator und eine Mehrzahl von externen Modulen, die jeweils eine Phasenregelschleife aufweisen. Das zentrale Modul umfasst einen numerisch gesteuerten Oszillator und jede der Phasenregelschleifen ist angepasst, um ein digitales Fehlersignal, das eine Phasendifferenz zwischen dem Taktsignal der Schleife und dem externen Bezugsignal der Schleife anzeigt, zu dem zentralen, numerisch gesteuerten Oszillator zu übertragen. Der Systemtaktgenerator ist angepasst, um das Systemtaktsignal auf den zentralen, numerisch gesteuerten Oszillator zu verriegeln.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Slavetakterzeugungssystem und -verfahren werden vorgestellt, die zur Verwendung mit synchronen Telekommunikationsnetzwerken geeignet sind. Ein oder mehrere Slavetakte werden von einem ausgewählten Bezugstakt unter Verwendung einer direktdigitalen Synthesetechnik erzeugt, was die Empfindlichkeit des Systems auf Rauschen bedeutend reduziert. Die Erfindung ist in der Lage, sehr enge Frequenzabweichungsspezifikationen zu erreichen und kann auf ein gemeinsames Substrat integriert werden, wobei Platz- und Energieverbrauch reduziert werden.
  • Das Slavetakterzeugungssystem umfasst einen Multiplexer, der einen Bezugstakt aus einer Anzahl von verfügbaren Taktsignalen auswählt, von denen jedes bei seiner eigenen Punktfrequenz (spot frequency) sein kann. Flipflop-Detektoren (toggle detectors) überwachen vorzugsweise jede der verfügbaren Taktquellen und blockieren die Auswahl von denjenigen, die nicht innerhalb eines spezifizierten Frequenzbereichs sind. Ein Lokaloszillator wird benutzt, um eine "Kurzzelt-Messperiode" zu etablieren; die Zyklen des ausgewählten Bezugstakts werden über aufeinanderfolgende Kurzzeit-Messperioden gezählt, um die relative Frequenz des ausgewählten Takts in Bezug auf die Frequenz des Lokaloszillators zu bestimmen. Die Zykluszählwerte werden einem Phase-zu-Takt Wandler zugeführt, der eine Slavetaktausgabe mit einer Frequenz herstellt, die mit der relativen Frequenz variiert, die für den ausgewählten Takt gemessen wird.
  • Rundungsfehlern, die Ungenauigkeiten in die Frequenz des Slavetaktes einführen können, wird durch Überwachen des erzeugten Slavetaktes und des ausgewählten Bezugstaktes über eine "Langzelt-Messperiode", die eben so von dem Lokaloszillator etabliert wird, entgegengewirkt. Der Unterschied zwischen diesen beiden Zykluszählwerten wird in einem Rückführpfad benutzt, um die Ausgangsfrequenz zu korrigieren.
  • Die Erfindung ist in der Lage, in einem verriegelten, Halte- und freilaufenden Modus zu arbeiten und ist in der Lage, die Frequenzabweichungsspezifikationen, die für jeden Modus gegeben sind, zu erreichen. Im verriegelten Modus wird eine Abweichung von 3 Teilen pro Milliarde oder weniger aufrechterhalten, während eine Nullpunktverschiebung von weniger als 4,6 Teilen pro Million pro Monat im Haltemodus erzielt wird. Die Erfindung erfordert keinen lokalen Mikroprozessor und ihre hauptsächlich digitale Implementierung ermöglicht ihr, auf einem gemeinsamen Substrat integriert zu werden, wobei Platz- und Energieverbrauchsvorteile realisiert werden. Die hauptsächlich digitale Implementierung reduziert eben so bedeutend die negativen Auswirkungen von Rauschen, ob dieses auf dem Chip oder anderswo auf der Leiterplatte (PCB), auf der der Chip befestigt ist, erzeugt wird.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden denjenigen, die mit dem Stand der Technik vertraut sind, aus der folgenden detaillierten Beschreibung, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, hervor gehen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Diagramm, das den Kontext, in dem ein Slavetaktgenerator für die vorliegende Erfindung benutzt wird, illustriert.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das die Basiskomponenten eines Slavetaktgenerators für die vorliegende Erfindung illustriert.
  • 3 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Auswahlmultiplexers für die vorliegende Erfindung.
  • 4 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Phasengenerators für die vorliegende Erfindung.
  • 5 ist eine grafische Darstellung und zwei Wellenformen, die den Betrieb eines Phasenakkumulators, der innerhalb eines Phasengenerators für die vorliegende Erfindung benutzt wird, illustrieren.
  • 6 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Taktgenerators für die vorliegende Erfindung.
  • 7a und 7b sind zwei mögliche Ausführungsformen eines Phase-zu-Takt Wandlers, der innerhalb eines Taktgenerators für die vorliegende Erfindung benutzt wird.
  • 8 ist ein Blockdiagramm einer alternativen Ausführungsform eines Slavetaktgenerators für die vorliegende Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Slavetaktgenerator 10 für die vorliegende Erfindung ist in 1 gezeigt. Eine Anzahl von Bezugstaktquellen (oder "Master"-Takten) 12 ist typischerweise verfügbar, von denen ein oder mehrere Slavetakte erzeugt werden können. Die Bezugsquellen werden z. B. von den Taktrückgewinnungsschaltungen von Hochgeschwindigkeits- und Niedriggeschwindigkeits-Leitungsschnittstellen und einem Anschluss an einem lokalen synchronen Verteilungsnetzwerk zugeführt. Viele Bezugsquellen bieten zwei auswählbare Frequenzen an (wie z. B. 38,88 MHz oder 77,76 MHz, 6,48 MHz oder 19,44 MHz, oder 1,54 MHz oder 2,048 MHz), wobei die Auswahl durch Netzwerk-Managementkomponenten ausgeführt wird, die außerhalb des Schutzbereichs dieses Patent liegen. Die Bezugsquellen können von Komponenten von einer Varietät von logischen Familien erzeugt werden, wie z. B. positive ECL (PECL) oder TTL, und für eine maximale Flexibilität ist der Slavetaktgenerator 10 vorzugsweise angeordnet, um jede Möglichkeit zu unterstützen. Der in 1 gezeigte Slavetaktgenerator ist angeordnet, um ein Maximum von sechs Bezugsquellen als Eingaben zu empfangen, obwohl die Erfindung nicht auf irgend eine bestimmte maximale Eingabenzahl beschränkt ist.
  • Der Slavetaktgenerator 10 empfängt ebenso einen lokalen Oszillatortakt 14 als eine Eingabe. Eine der Bezugsquellen wird ausgewählt, um die Quelle zu sein, von der ein oder mehrere Slavetakte zu erzeugen sind. Durch Verwendung von direktdigitalen Synthesetechniken (die unten stehend im Detail beschrieben werden) stellt der Slavetaktgenerator einen oder mehrere Slavetaktausgaben 16 her, die von der ausgewählten Bezugsquelle abgeleitet werden. Wiederum bietet der Slavetaktgenerator zum Zwecke der maximalen Flexibilität vorzugsweise mehrere Slavetaktausgaben mit unterschiedlichen Frequenzen an, die zwischen den hohen und niedrigen Logikpegeln von einer Varietät von Logikfamilien oszillie ren. Der Slavetaktgenerator 10 kann ebenso angeordnet werden, um an jedem Ausgang auswählbare Frequenzen anzubieten. Die von dem Generator erzeugten Slavetakte könne n durch irgend eine Anzahl von Gerätetypen (d. h., "Slavetuaktsenken"), wie z. B. Leitungstreibern oder Umschalten, benutzt werden.
  • Die in 1 gezeigten Bezugsquellenfrequenzen sind lediglich beispielhaft; die Erfindung ist anpassbar zur Verwendung mit Bezugsquellen mit einem weiten Bereich von Frequenzen, so lange die lokale Oszillatorfrequenz, wie sie auf dem Chip benutzt wird (d. h., wie sie von denjenigen Slavetaktgenerator-Komponenten benutzt wird, die zusammen auf einem gemeinsamen Substrat integriert werden können, was in weiteren Einzelheiten unten stehend beschrieben wird), groß genug gemacht wird, um diese anzupassen. Aus Gründen der Kosten und Komplexität (z. B. muss es sehr gut temperatur-kompensiert sein), ist der Lokaloszillator vorzugsweise Chip-extern und führt seinen Takt dem Chip bei einer moderaten Frequenz zu, die niedriger ist als die tatsächlich auf dem Chip benötigte. Ein Taktmultiplizierer 25, vorzugsweise eine auf dem Chip angeordnete analoge Phasenregelschleifen(PLL) Schaltung, wird dann benutzt, um die Frequenz des zugeführten lokalen Oszillatortakts hoch zu multiplizieren, um einen Hochgeschwindigkeitstakt zur Verwendung auf dem Chip zu erzielen. Einen Slavetakt, der einer Bezugsquelle dicht folgt, unter Verwendung einer direktdigitalen Synthese zu erzeugen, erfordert einen Lokaloszillator mit einer Frequenz, die größer ist als diejenige der ausgewählten Bezugsquelle; eine lokale Oszillatorfrequenz, die zumindest zwei mal größer ist als diejenige der höchsten Frequenzen der ausgewählten Bezugsquelle, wird benötigt und höhere Verhältnisse werden bevorzugt.
  • Ein Blockdiagramm, das die Basiskomponenten des Slavetaktgenerators 10 illustriert, ist in 2 gezeigt. Die Bezugsquellen 12 werden von einem Auswahlmultiplexer 20 empfangen, der eine der Bezugsquellen als den Takt TS auswählt, von dem die Slavetakte abgeleitet werden. Die Auswahl wird unter der Steuerung von externen Netzwerk-Managementkomponenten gemacht, die eine bevorzugte Auswahlreihenfolge etablieren. Der Auswahlmultiplexer umfasst vorzugsweise ebenso die Fähigkeit, die Frequenz von jeder der Bezugsquellen zu überwachen, wobei in diesem Falle der Multiplexer die Ausgabe eines Lokaloszillators 24 (der als mit einem Taktmultiplizierer 25 zur Verwendung auf dem Chip hoch multipliziert gezeigt wird, wie oben stehend erläutert ist) als eine Referenz empfängt; falls eine Quelle außerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist, wird die Quelle "abgewählt". Eine Quelle wird abgewählt, falls das System sie überhaupt für eine Auswahl blockiert, oder falls, nachdem sie bereits ausgewählt wurde, detektiert wird, dass die Frequenz der Quelle aus dem vorbestimmten Bereich heraus gefallen ist. Im letzteren Falle wählt der Auswahlmultiplexer in Übereinstimmung mit der Auswahlreihenfolge die nächste Quelle aus. Der Abwählvorgang wird in weiteren Einzelheiten unten stehend beschrieben.
  • Die ausgewählte Bezugsquelle TS wird einem Phasengenerator 22 zugeführt, der ebenso die (hoch multiplizierte) Ausgabe des Lokaloszillators 24 empfängt. Der Phasengenerator erzeugt einen Phasenwert P (unten stehend im Detail beschrieben), der ein Maß der relativen Frequenz der ausgewählten Quelle TS in Bezug auf die Frequenz des Lokaloszillators ist. Der Phasenwert P wird einem Taktgenerator 26 zugeführt, der den P-Wert decodiert und ein oder mehrere Slavetakte 16 in Übereinstimmung mit dem P-Wert erzeugt. Der P-Wert wird periodisch aktualisiert, sodass er akkurat die Frequenz der ausgewählten Quelle TS repräsentiert; der Reihe nach folgt die Frequenz der Slavetakte dicht der der ausgewählten Bezugsquelle. Ein Rückführsignal 27 wird vorzugsweise zu dem Auswahlmultiplexer 20 zurückgeführt und eine der Slavetaktausgaben 16 wird über eine Leitung 28 zum Phasengenerator 22 zurückgeführt – die Zwecke dieser Rückführsignale werden unten stehend beschrieben. Multiplizierer und Teiler können wie benötigt verwendet werden, um einen Bereich von Slavetakten, die von der ausgewählten Bezugsquelle zu erzeugen sind, zu ermöglichen.
  • Ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform des Auswahlmultiplexers 20 illustriert, ist in 3 gezeigt. Falls notwendig, durchlaufen die N Bezugsquellen 12 Pegelumschalter 30, um zu gewährleisten, dass sie gemeinsame Logikpegel teilen. Die Bezugsquellen werden dann einem konventionellen 1-von-N Multiplexer 32 zugeführt, der eine der Bezugsquellen mit einem Ausgang 34 in Übereinstimmung mit einem Steuersignal verbindet, das an einem Steuereingang 36 empfangen wird.
  • Die Bestimmung, welche Bezugsquelle ausgewählt werden muss, muss die operuationelle Verfügbarkeit jeder Quelle berücksichtigen, sowie eine Anzahl von Faktoren, die extern zu der Erfindung sind – wie z. B. die Wünsche der Netzwerkplauner und die Topologie des Netzwerks. Diese externen Faktoren werden vorzugsweise über das Laden einer Konfigurationstabelle 38 mit einer bevorzugten Reihenfolge einer Priorität zum Auswählen der eingehenden Quellen angepasst. Die Priorität der Auswahlreihenfolge wird vorzugsweise in eine Tabelle 38 von einem externen Mikroprozessor (nicht gezeigt) über einen Anschluss 40 geladen. Die Konfigurationstabelle erzeugt eine Ausgabe an eine Multiplexer- Steuerschaltung 41, die die Bezugsquellenauswahl dem Multiplexer 32 über den Steuereingang 36 zuführt.
  • Die operationelle Verfügbarkeit von jeder der N Quellen wird vorzugsweise durch entsprechende Flipflop-Detektoren 42 überwacht. Den N Flipflop-Detektoren wird jeweils ein Takt zugeführt, der von dem Lokaloszillator abgeleitet wird, den sie benutzen, um die Frequenz ihrer jeweiligen Bezugsquellen zu bestimmen. Jeder der Flipflop-Detektoren überwacht seine jeweilige Quelle, um zu bestimmen, ob Ihre Frequenz innerhalb eines spezifizierten Bereichs ist, ebenso wie für intermittierendes Verhalten. Die Flipflop-Detektoren berichten einen Bezugsquellenstatus zur Multiplexer-Steuerschaltung 41. Jede Bezugsquelle, die nicht die erforderlichen Standards erreicht, wird für eine Auswahl blockiert. Falls gegenwärtig eine Bezugsquelle außerhalb der zulässigen Maßabweichung ausgewählt ist, wählt die Multiplexer-Steuerschaltung 41 automatisch eine verschiedene Quelle in Übereinstimmung mit der Konfigurationstabelle aus und blockiert eine neue Auswahl der verfehlten Quelle. Auf diese Art und Weise wird immer die beste Bezugsquelle (wie durch die vorbestimmte Prioritätsreihenfolge und die operationelle Verfügbarkeit der Quellen bestimmt) ausgewählt. Der Status von jeder Quelle kann in einem Register gespeichert werden, das von dem externen Mikroprozessor lesbar ist. Die Ausgabe 34 des Multiplexers 32 kann einer Takt-Multipliziererschaltung 44 zugeführt werden, vorzugsweise einer digitalen PLL, die den Takt TS erzeugt, von dem Slavetakte erzeugt werden. Die Multipliziererschaltung ist nützlich, um zu gewährleisten, dass TS immer mit derselben nominalen Frequenz oszilliert, unberücksichtigt von der Frequenz der ausgewählten Bezugsquelle. Taktmultiplizierer 44 empfängt ebenso vorzugsweise das Rückführsignal 27 von dem Taktgenerator 26, wobei der Zweck hiervon unten stehend beschrieben wird.
  • Der Slavetaktgenerator benutzt eine direktdigitale Synthesetechnik, um die Slavetakte zu erzeugen; diese Technik ist mit der Verwendung von Phasen- und Taktgeneratoren verknüpft, wie unten stehend erläutert wird. Ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform des Phasengenerators 22 illustriert, ist in 4 gezeigt. Der Lokaloszillator 24 (der wie benötigt hoch multipliziert wird) wird benutzt, um eine Kurzzelt-Messperiode und eine Langzelt-Messperiode zu etablieren, vorzugsweise jeweils unter Verwendung eines Paares von Zählern 50 und 52, die angeordnet sind, um die lokale Oszillatorfrequenz durch entsprechende Beträge herunter zu teilen, um die gewünschten Kurz- und Langzeit-Messperioden zu erzeugen. Falls notwendig, um akkurate Messperioden bereitzustellen, kann die lokale Oszillatorfrequenz mit einem Taktmultiplizierer 54 multipliziert werden – der z. B. mit einer analogen PLL-Schaltung implementiert wird – bevor sie herunter geteilt wird. Obwohl die Messperioden in 4 mit einem Paar von Zählern implementiert werden, ist die Erfindung nicht auf diese Implementierung beschränkt. Andere Mittel, mit denen eine wohlbekannte und wiederholbare Messperiode erzeugt werden kann, können ebenso verwendet werden.
  • Der ausgewählte Bezugstakt TS wird einem Kurzzeit-Zähler 56 zugeführt, der angeordnet ist, um die Zyklen von Takt TS zu zählen, die während der Kurzzeit-Messperiode auftreten. Diese Technik misst die relative Frequenz des ausgewählten Taktes in Bezug auf diejenige des Lokaloszillators. Eine absolute Messung der Frequenz des ausgewählten Taktes TS ist nicht erforderlich, da der Lokaloszillator wieder bei der Erzeugung des Slavetaktes benutzt wird, sodass beliebige permanente Regelabweichungen in der Frequenz des Lokaloszillators annulliert werden. Die Anzahl der von dem Kurzzeit-Zähler 56 gezählten Zyklen während einer Kurzzeit-Messperiode wird als ein Wert D ausgegeben. Kurzzeit-Messperioden werden periodisch erzeugt (d. h., eine nach der anderen zu bestimmten Intervallen), sodass der D-Wert periodisch aktualisiert wird, sodass er immer die neueste Geschichte des Taktes widerspiegelt.
  • Die Dauer der Kurzzeit-Messperiode ist anwendungsabhängig und ausgewählt, um eine effektive Verfolgung der Zitter- und Wanderkomponenten des ausgewählten Taktes zu ermöglichen. Zum Beispiel erlaubt eine Kurzzeit-Messperiode von 50ms der Schaltung, Wanderkomponenten von bis zu 20 Hz zu verfolgen, während eine Messperiode von 500 ms die Verfolgung von Wanderfrequenzen unter 2 Hz ermöglicht. Die hierdurch geschaffene Flexibilität erlaubt der Schaltung, in einer großen Auswahl von Anwendungen benutzt zu werden.
  • Zwischen Aktualisierungen des D-Wertes wird der derzeitige D-Wert benutzt, um eine Phasen-Basis durch ein kontinuierliches Hinzufügen des D-Wertes zu einem akkumulierten Phasenwert P zu erzeugen, bei einer Rate von einer Addition für jeden Zyklus des Lokaloszillators; dies wird mit einem Phasenakkumulator 57 ausgeführt. Der aktuelle Phasenwert P ist eine stückweise lineare Annäherung eines linearen Phasenanstiegs. Der P-Wert wird von dem Taktgenerator 26 decodiert, um den Slavetakt herzustellen.
  • Ungenauigkeiten in dem Slavetakt können durch "Rundungsfehler" in der D-Zählung bewirkt werden. Rundungsfehler sind unvermeidlich, wenn zwei Taktbereiche eingeschlossen sind, da es immer die Möglichkeit gibt, dass Metastabilität auftreten wird, die die Inkrementierung der Auszählung am Ende der Messperiode beeinträchtigt. Eine spezielle Quittierungs-Technik kann verwendet werden, um eine solche Metastabilität daran zu hindern, den Beginn der Messperiode zu beeinträchtigen, aber die Quittierung kann nur den Betrieb an einem Ende oder dem anderen der Messperiode verbessern – nicht an beiden Enden. Rundungsfehler können die D-Zählung zwingen, um einige Teile pro Million fehlerhaft zu sein, was in einer Slavetaktfrequenz-Regelabweichung des selben Grades resultiert. Dies kann mehrere Größenordnungen größer sein als das, was von den anwendbaren Standards erfordert ist (was so gering sein kann wie 3 Teile pro Milliarde).
  • Ungenauigkeiten in dem Slavetakt auf Grund von Rundungsfehlern werden durch eine Detektion von Unterschieden zwischen dem ausgewählten Takt und einem der erzeugten Slavetakte bekämpft, unter Verwendung von zwei zusätzlichen Zählern 58 und 60, die über eine längere Zeitperiode arbeiten, sodass die Auswirkung von Rundungsfehlern auf einen annehmbaren Pegel vermindert wird. Wie in 4 gezeigt ist, sind die Langzeit-Zähler 58 und 60 angeordnet, um jeweils die Zyklen des ausgewählten Taktes TS und eines erzeugten Slavetaktes zu zählen, die während der Langzeit-Messperiode auftreten, die von dem Lokaloszillator etabliert wird. Die Anzahl von Zyklen, die von den Langzeit-Zählern 58 und 60 während einer Langzeit-Messperiode gezählt werden, wird jeweils als ein B-Wert und ein C-Wert ausgegeben. Der Slavetaktgenerator ist typischerweise konfiguriert, um eine Anzahl von Slavetakten mit einer Varietät von Frequenzen bereitzustellen; als solches ist der Slavetakt 28, der dem Zähler 60 zugeführt wird, vorzugsweise einer, der die selbe Frequenz hat wie TS, um den Vergleich zwischen den B- und C-Werten zu vereinfachen.
  • Die Dauer der Langzeit-Messperiode ist ebenso anwendungs-abhängig und gewählt, sodass die Wirkung von beliebigen Rundungsfehlern in den Langzeit-Zählungen nicht so groß ist, dass sie der Slavetaktfrequenz erlaubt, nach außerhalb von ihren spezifizierten Grenzen gedrückt zu werden. Die oben erwähnte Quittierungs-Technik kann ebenso verwendet werden, um die Genauigkeit dieser Zählungen zu verbessern, ebenso wie um die Länge der Langzeit-Messperiode zu reduzieren.
  • Die Zykluszählwerte B und C werden einem Korrekturwert-Akkumulator 62 zugeführt, der die Differenz zwischen Ihnen (B-C) berechnet. Dieser Differenzwert dient als ein Korrekturvektor, der dem Phasenakkumulator 57 zugeführt wird, um Fehler in dem D-Wert zu korrigieren. Da die B- und C-Werte viel größer als der D-Wert sind (auf Grund der viel längeren Messperiode), wird der Differenzwert vorzugsweise mit einem Vorteiler (scaler) 64 verkleinert, um der Empfindlichkeit des Phasenakkumulators zu entsprechen; die Ausgabe des Vorteilers 64 ist ein Wert K, der gegeben ist durch (B-C) geteilt durch einen Maßstabfaktor, der von dem Vorteiler 64 etabliert wird. Der Maßstabfaktor wird ausgewählt, um zwei Hauptzwecken zu dienen: er verschiebt das B-C Ergebnis nach unten, bis die höchstwertigen Bits des Ergebnisses das selbe Gewicht tragen, wie die höchstwertigen Bits des D-Wertes, und er leitet die Bits mit niedrigeren Werten auf eine reibungslose Art und Weise in den Akkumulator ab. Da es zwischen Aktualisierungen des Differenzwertes eine Langzeit-Messperiode gibt, kann der Fehler, den er korrigiert, in dem erzeugten Slavetakt für einige Sekunden anwesend sein. Typischerweise erlauben die Leitvorschriften jedoch diese kurze Fehlerperiode.
  • Der Betrieb des Phasenakkumulators ist in 5 illustriert, die den Phasenwert P über der Zeit aufzeichnet. Der Phasenakkumulator 57 führt eine aktuelle Summe von D- und K-Werten, wobei wiederholt die aktuellen D- und K-Werte zu der gegenwärtigen Summe von allen vorherigen D- und K-Werten hinzugefügt werden, bis ein "Überrollen" auftritt; d.h. wenn die kumulative Summe einen maximalen Wert Pmax überschreitet. Der P-Wert wird einmal pro Zyklus des Lokaloszillators aktualisiert, dessen Wellenform unterhalb des Grafen gezeigt ist. Als ein Ergebnis wächst P in einer Treppenstufen-ähnlichen Art und Weise, wobei jeder Schritt gleich seinem entsprechenden D+K Wert ist. P nimmt die Form eines binären Wertes an; in diesem Beispiel ist der Taktgenerator angeordnet, um den Slavetakt (unterhalb des Grafen gezeigt) umzuschalten, wenn das höchstwertige Bit (MSB) des P-Wertes den Zustand ändert und wenn der P-Wert Pmax übersteigt.
  • Zurückverweisend auf 4 wird ein aktuelles P-Gesamt durch eine Verbindung des Phasenakkumulators 57 mit einem Überroll-Akkumulator 70 aufrechterhalten. Der Überroll-Akkumulator 70 empfängt den aktuellen P-Wert an einem Eingang und den Pmax-Wert an einem zweiten Eingang und erzeugt eine Ausgabe P', die einem Eingang des Phasenakkumulators 57 zugeführt wird. Wenn P kleiner als Pmax ist, setzt der Überroll-Akkumulator 70P P' = P. Wenn jedoch der P-Wert Pmax übersteigt, subtrahiert der Überroll-Akkumulator 70P von Pmax, um einen "Rest-"Wert zu bestimmen, und P' wird gleich diesem Rest gesetzt.
  • Der Phasenakkumulator 57 ist angeordnet, um einen Phasenwert P zu erzeugen, der gegeben ist durch: P = P' + D + K, wobei K gegeben ist durch: K = (B–C)/Maßstabfaktor, wobei der Maßstabfaktor von dem Vorteilen 64 wie oben stehend beschrieben etabliert wird. Wenn der Restwert in den Phasenakkumulator 57 wie oben stehend beschrieben summiert wird, wird er als der Startwert von dem nächsten Zyklus benutzt.
  • Der von dem Phasenakkumulator 57 erzeugte P-Wert wird dem Taktgenerator 26 zugeführt, wobei eine beispielhafte Ausführungsform hiervon in 6 gezeigt ist. P wird mit einem Phase-zu-Takt Wandler 80 decodiert, der eine decodierte Slavetakt-Ausgangswellenform 81 mit einer Frequenz herstellt, die mit Phasenwert P variiert. Es gibt viele mögliche Implementierungen des Phase-zu-Takt Wandlers 80, wobei zwei hiervon in den 7a und 7b gezeigt sind. In 7a wird der P-Wert auf eine Nachschlagtabelle 82 angewendet, die digitale Wörter ausgibt, die den Anteilen von einer Sinuswelle in Antwort auf den sich ändernden P-Wert entsprechen. Die Ausgabe der Nachschlagtabelle wird einem digital-zu-analog (D/A) Wandler 84 zugeführt, um eine Taktwellenform herzustellen, die durch einen Bandpassfilter 86 durchgeführt wird, um die Qualität der Taktwellenform zu verbessern.
  • Ein anderer möglicher Phase-zu-Takt Wandler 80 ist in 7b gezeigt und besteht aus einem einzelnen UND-Gatter 88. In diesem Beispiel ist das UND-Gatter mit dem MSB des P-Wertes verbunden, und mit einem FREIGABE-Signal. Wenn FREIGABE hoch ist und das MSB des P-Wertes auf hoch umschaltet, dann geht die Ausgabe des UND-Gatters – und der decodierten Slavetaktwellenform – ebenso auf hoch. Diese Implementierung erzeugt eine einfache Rechteckwellenausgabe, die nicht die Verwendung eines Bandpassfilters erfordert.
  • Zurückverweisend auf 6 wird die Ausgabe des Phase-zu-Takt Wandlers 80 vorzugsweise einer analogen PLL-Schaltung 90 zugeführt. Der PLL handelt, um jedes Zittern abzuschwächen, das in dem decodierten Slavetakt vorliegt, und kann programmiert werden, um die decodierte Ausgabe zu multiplizieren oder zu dividieren, um einen Slavetakt mit einer spezifischen Frequenz herzustellen. Zusätzliche Slavetaktfrequenzen können von der decodierten Slavetaktausgabe mit zusätzlichen Teiler-Schaltungen abgeleitet werden, wie beispielhaft durch Teiler 92 in 6 dargestellt ist. Rauschunterdrückungsschaltungen 94 und 96, die vorzugsweise mit UND-Gattern implementiert sind, können in Reihe mit jedem Slavetakt-Ausgang eingefügt werden, um deren entsprechende Takte zu löschen, was be nutzt werden kann, um einer nachgelagerten Ausrüstung das Auftreten eines Ausfalls in dem Takterzeugungsvorgang anzuzeigen. Pegelumschalter 98 können ebenso in Reihe mit den Slavetakt-Ausgängen eingefügt werden, wenn dies benötigt ist um die Logikpegel eines erzeugten Slavetaktes mit denjenigen, die von der Senke des Slavetaktes benötigt werden, abzugleichen.
  • Der decodierte Slavetakt dient als das Rückführsignal 27, das zurück verbunden ist zu dern Taktmultiplizierer 44 des Auswahlmultiplexers 20. Dieser Rückführpfad wird benutzt, urn dem Taktmultiplizierer zu erlauben, den ausgewählten Takt TS mit der ausgewählten Bezugsquelle abzugleichen. Dies wird dadurch möglich gemacht, dass für alle Eingabeund Ausgabetakte vorausgesetzt wird, dass diese Vielfache von einer bestimmten Frequenz, wie z. B. 8 kHz, sind. Dann wird die 8 kHz Grundwelle des Taktes TS mit der des ausgewählten Bezugsquellentaktes abgeglichen. Die Kurzzelt-Messperiode (und, indirekt, die Langzeit-Messperiode) werden dann mit TS abgeglichen. Eine der Slavetaktausgaben 28 wird ebenso von dem Taktgenerator 26 zu dem Phasengenerator 22 zurückgeführt, wo sie mit Langzeit-Zähler 60 überwacht wird.
  • Der Slavetaktgenerator ist vorzugsweise angeordnet, um zeitweise in den Haltemodus überzugehen, wenn eine unterschiedliche Bezugsquelle ausgewählt wird. Eine Zustandsmaschine, die als ein Teil der Multiplexer-Steuerschaltung 41 enthalten ist, nimmt Eingänge von den Flipflop-Detektoren, der Konfigurationstabelle 38 und einem Kontrollregister, wird zum Lesen und Schreiben über den Mikroprozessoranschluss angesteuert, und bestimmt den Betriebsmodus. Wenn eine ausgewählte Bezugsquelle abgewählt werden muss, erzwingt die Zustandsmaschine ein Übergehen in den Haltemodus, bis eine alternative Bezugsquelle als verfügbar ausgewiesen wurde; die Zustandsmaschine wählt dann die neue Bezugsquelle als TS aus, wartet darauf, dass die 8 kHz Grunduwelle des Ausgabesignals mit der der neuen Bezugsquelle abgeglichen wird, und geht dann in den verriegelten Modus über. Der Haltemodus arbeitet unter Verwendung der Geschichte der gemessenen Frequenz der vorherigen ausgewählten Bezugsquelle, um mit der Erzeugung des Slavetaktes fortzufahren ohne Fehler in der Ausgabe zu bewirken. Der Haltemodus wird zurückgesetzt (cleared), wenn die Auswahl einer neuen Bezugsquelle abgeschlossen ist. Die Verwendung des Haltemodus während einer Umschaltung gewährleistet einen reibungslosen Übergang von einer Taktquelle zur anderen. Der Haltemodus kann ebenso von dem externen Mikroprozessor aufgerufen und zurückgenommen werden.
  • Der Slavetaktgenerator ist vorzugsweise angeordnet, um unmittelbar nach einem Einschalten in den freilaufenden Modus überzugehen, wobei die Zustandsmaschine innerhalb der Multiplexer-Steuerschaltung 41 (oben stehend beschrieben) die Modusauswahl steuert. Eine direktdigitale Synthese wird benutzt, um den Slavetakt zu erzeugen, aber die Frequenz des Taktes wird durch einen gespeicherten Wert bestimmt, der typischerweise während eines Initialsystemtests berechnet und gespeichert wird. Der freilaufende Modus kann ebenso von dem externen Mikroprozessor aufgerufen und zurückgenommen werden.
  • Da der Lokaloszillator benutzt wird, um die Referenzquelle und Slavetakte zu überwachen, und um die Slavetakte zu erzeugen, beeinträchtigen Nullpunktverschiebungen in der Frequenz des Lokaloszillators die Langzelt-Genauigkeit der Slavetaktfrequenz während des verriegelten Modus nicht. Nullpunktverschiebungen in der Frequenz des Lokaloszillators während freilaufendem und Halte-Modus beeinträchtigen jedoch die Genauigkeit der Slavetaktfrequenz. Lokaloszillatoren mit einer guten Temperaturkompensation und niedrigen Alterungskoeffizienten, wie sie z. B. durch einen Temperatur-kompensierten Kristalloszillator bereitgestellt werden könnten, sind bevorzugt. Ein Lokaloszillator, der auf das selbe Halbleiter-Substrat integriert werden kann, wie der Rest des Slavetaktgenerators, ist bevorzugt, falls ein höheres Integrationsniveau gewünscht ist.
  • Eine flexiblere Implementierung eines Slavetaktgenerators für die vorliegende Erfindung ist in dem Blockdiagramm gemäß 8 gezeigt. Zuvor wurde jede Slavetaktausgabe von TS abgeleitet, wobei der decodierte Slavetakt wie benötigt multipliziert oder dividiert wurde. Hier können ein oder mehrere Slavetakte von einer der Bezugsquellen 12 abgeleitet werden. Ein Auswahlmultiplexer 110 (AUSWAHL-MUX 2) empfängt zwei oder mehrere Bezugsquellen. Der Multiplexer 110 ist darauf gerichtet, vorzugsweise unter der Steuerung eines externen Mikroprozessors eine der Bezugsquellen auszuwählen, die auf seinen Ausgang 112 übertragen wird. Ein Teiler 114 kann in Reihe mit dem Multiplexer-Ausgang vorgesehen werden, falls ein Slavetakt mit einer niedrigeren Frequenz benötigt wird. Ein Auswahlmultiplexer 116 (AUSWAHL-MUX 3) empfängt die Ausgabe des Multiplexer 112 und einen von TS abgeleiteten Slavetakt als Eingaben und ist darauf gerichtet, den einen oder den anderen auszuwählen, damit dieser als ein Slavetakt ausgegeben wird.
  • Da die Komponenten des Slavetaktgenerators 10 hauptsächlich digitale Schaltungen sind (d. h., der Generator ist voll-digital mit Ausnahme der analogen PLLs und des Chipexternen Lokaloszillators) sind die Rausch-abweisenden und Rausch-unterdrückenden Ei genschaften der Erfindung im Vergleich zu hauptsächlich analogen Systemen gemäß dern Stand der Technik, wie z. B. der oben stehend diskutierten VCO-Anordnung, verbessert. Die Empfindlichkeit auf Platten-Layout ist ebenso reduziert, wodurch es leichter gemacht wird, den Generator in der Praxis zu verwenden.
  • Die hauptsächlich digitale Implementierung ermöglicht ebenso, den Slavetaktgenerator, d. h. alles was in 2 innerhalb der Box 10 enthalten ist, auf einem gemeinsamen Substrat zu integrieren, wodurch weitere Vorteile hinsichtlich Kostenreduktion und reduziertem Energieverbrauch hergeleitet werden. Die Erfindung erfordert keinen lokalen Mikroprozessor für ihren Betrieb (obwohl ein externer Mikroprozessor typischerweise benutzt wird, um Netzwerk-Managementfunktionen bereitzustellen). Alle diese Vorteile vereinen sich, um die vorliegende Erfindung besonders zur Verwendung in einem modernen synchronen Telekommunikationsnetzwerk geeignet zu machen.
  • Obwohl bestimmte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, werden vielfache Variationen und alternative Ausführungsformen denjenigen, die mit dem Stand der Technik vertraut sind, in den Sinn kommen. Dementsprechend ist beabsichtigt, dass die Erfindung nur im Sinne von den beigefügten Patentansprüchen beschränkt ist.

Claims (9)

  1. Slavetaktgenerator, der geeignet ist, ein Taktsignal zu erzeugen, das mit einer ausgewählten einer Anzahl eingehender Bezugstaktquellen synchronisiert wird, und zur Verwendung in einem synchronen Telekommunikationsnetzwerk geeignet ist, umfassend: einen Auswahlmultiplexer (20), der einen Bezugstakt aus einer Mehrzahl eingehender Bezugstaktquellen (12) auswählt; einen Lokaloszillator (24), der einen Ausgang erzeugt, dessen Frequenz größer ist als die jeder der eingehenden Bezugstaktquellen; einen Phasengenerator (22), der einen Ausgang P erzeugt, der sich mit der relativen Frequenz des ausgewählten Bezugstaktes gemessen in Bezug auf die Lokaloszillatorfrequenz ändert, und einen Taktgenerator (26), der einen Slavetakt (16) mit einer Frequenz erzeugt, die sich mit der relativen Frequenz ändert; wobei der Phasengenerator umfasst: einen ersten und zweiten Zähler (50, 52), die die Ausgangsfrequenz des Lokaloszillators herunterteilen, um Kurzzeit- bzw. Langzeit-Messperioden bereitzustellen, einen dritten Zähler (56), der die Zyklen des ausgewählten Bezugstaktes zählt, die während der Kurzzelt-Messperiode vorkommen, und die Zykluszählung ausgibt, wobei die Zykluszählung einen Wert D hat, einen vierten Zähler (58), der die Zyklen des ausgewählten Bezugstaktes zählt, die während der Langzeit-Messperiode vorkommen, und die Zykluszählung ausgibt, wobei die Zykluszählung einen Wert B hat, einen fünften Zähler (60), der die Zyklen des Slavetaktes zählt, die während der Langzeit-Messperiode vorkommen, und die Zykluszählung ausgibt, wobei die Zykluszählung einen Wert C hat, und einen Phasenakkumulator (57), der die Zykluszählwerte B, C und D empfängt und auf der Basis der Werte B, C und D den Ausgangswert P erzeugt, der die Frequenz des ausgewählten Bezugstaktes darstellt und der einmal für jeden Zyklus des Lokaloszillators aktualisiert wird, wobei der Taktgenerator den Slavetakt gemäß dem Wert des Phasenwertes P erzeugt, wobei die Verwendung der Werte B und C Rundungsfehler korrigiert, die Ungenauigkeiten in der Slavetaktfrequenz verursachen.
  2. Slavetaktgenerator nach Anspruch 1, wobei der Auswahlmultiplexer, der Phasengenerator und der Taktgenerator auf einem gemeinsamen Substrat zusammengefasst sind.
  3. Slavetaktgenerator nach Anspruch 1, wobei der Phasengenerator des Weiteren einen Korrekturwert-Akkumulator (62), einen Überroll-Akkumulator (70) und einen Vorteiler (64) umfasst, wobei der Korrekturwert-Akkumulator die Differenz zwischen dem Wert B und dem Wert C (B–C) berechnet, der Vorteilen geschaltet ist, das Ergebnis (B–C) durch einen vorbestimmten Maßstabfaktor zu teilen, der so gewählt ist, dass die höchstwertigen Bits -MSBsdes Ergebnisses (B-C) dasselbe Gewicht wie die MSBs des Wertes D tragen, der Überroll-Akkumulator geschaltet ist, einen Ausgang P' an den Phasenakkumulator zu liefern und so eingerichtet ist, dass P' gleich dem Wert ist, den der Phasenwert P während des vorherigen Zyklusses des Lokaloszillators angenommen hat, sofern P nicht einen Maximalwert Pmax überschritten hat, in welchem Fall P' = P–Pmax ist und der Phasenakkumulator eingerichtet ist, den Phasenwert P gemäß P = P' + D + K zu berechnen, wo K gleich dem Ergebnis (B–C) geteilt durch den Maßstabfaktor ist.
  4. Slavetaktgenerator nach Anspruch 1, wobei der Slavetaktgenerator sich in einem verriegelten Modus befindet, wenn der Slavetaktausgang von einem periodisch aktualisierten Wert des Phasenwertes P gewonnen wird, und die Ausgangsfrequenz des Slavetaktes der des ausgewählten Bezugstaktes bis auf 3 Teile pro Milliarde folgt, wenn der Slavetaktgenerator sich in dem verriegelten Modus befindet.
  5. Slavetaktgenerator nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Mehrzahl von Flipflop-Detektoren (42), die mit betreffenden der Bezugstaktquellen verbunden sind, wobei jeder der Flipflop-Detektoren eingerichtet ist, zu ermitteln, wenn die Frequenz seiner betreffenden Bezugstaktquelle außerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt, wobei der Auswahlmultiplexer eingerichtet ist, eine Bezugstaktquelle mit einer Frequenz, die als außerhalb des vorbestimmten Bereiches liegend ermittelt wird, zu deselektieren.
  6. Slavetaktgenerator nach Anspruch 5, wobei der Slavetaktgenerator eingerichtet ist, in einen Haltemodus einzutreten, wenn der Auswahlmultiplexer eine andere Bezugstaktquelle als die ausgewählte Bezugstaktquelle auswählt, wobei der Slavetaktgenerator, wenn in dem Haltemodus, die Geschichte des von dem vorher ausgewählten Bezugstakt gemessenen D-Wertes verwendet, um mit dem Erzeugen des Slavetaktes fortzufahren, wobei die Ausgangsfrequenz des Slavetaktes der des ausgewählten Bezugstaktes bis auf 4.6 Teile pro Million pro Monat folgt, wenn der Slavetaktgenerator sich in dem Haltemodus befindet.
  7. Slavetaktgenerator nach Anspruch 1, wobei der Taktgenerator eine Nachschlagtabelle (82), die jeweilige digitale Ausgabewörter für eine Mehrzahl von möglichen P-Werten speichert, und einen Digital-Analog-D/A-Wandler (84) umfasst, und eingerichtet ist, den Phasenwert P von dem Phasenakkumulator zu empfangen und das digitale Ausgabewort, das dem P-Wert entspricht, gemäß der Nachschlagtabelle an den D/A-Wandler zu liefern, wobei die Nachschlagtabelle so eingerichtet ist, dass der D/A-Wandler als Reaktion einen Teil der Wellenform des Slavetaktausgangs erzeugt.
  8. Slavetaktgenerator nach Anspruch 7, wobei der Taktgenerator ein Bandpassfilter (86) zur Filterung der von dem D/A-Wandler erzeugten Wellenform umfasst, und weiter eine Phasenregelschleifen-PLL-Schaltung (90) umfasst, die mit dem Ausgang des Bandpassfilters verbunden ist, wobei die PLL-Schaltung das Zittern, das in der Slavetakt-Ausgangswellenform vorhanden sein kann, abschwächt und die Frequenz des Slavetaktausgangs wie benötigt vervielfacht, um eine gewünschte Slavetakt-Ausgangsfrequenz zu erhalten.
  9. Verfahren zur Erzeugung eines Slavetaktes, der mit einer von einer Anzahl vorhandener Bezugstaktquellen synchronisiert wird und zur Verwendung in einem synchronen Telekommunikationsnetzwerk geeignet ist, umfassend: Auswählen eines Bezugstaktes (TS), mit dem ein Slavetakt (16) unter einer Mehrzahl von Bezugstaktquellen (12) zu synchronisieren ist; Herunterteilen der Frequenz eines Lokaloszillators, um eine Kurzzelt-Messpertode zu einzurichten; Zählen der Zyklen des ausgewählten Bezugstaktes, die während einer der Kurzzeit-Messperioden vorkommen, wobei die Zählung von Zyklen (D) die relative Frequenz des ausgewählten Bezugstaktes in Bezug auf die Frequenz eines Lokaloszillators bestimmt; Erzeugen eines Slavetaktes (16) mit einer auf der relativen Frequenz des ausgewählten Bezugstaktes basierenden Frequenz, wobei die Slavetaktfrequenz etwa gleich der des ausgewählten Bezugstaktes ist; Herunterteilen der Frequenz des Lokaloszillators, um eine Langzeit-Messperiode einzurichten; Bestimmen der Differenz (B-C) in der Zahl von Zyklen des ausgewählten Bezugstaktes und des Slavetaktes, die während einer der Langzeit-Messperioden vorkommen, und Justieren der Frequenz des Slavetaktes gemäß der Differenz, um Rundungsfehler zu korrigieren, die Ungenauigkeiten in der Slavetaktfrequenz verursachen.
DE60003378T 1999-04-23 2000-04-17 System und verfahren zur erzeugung von slavetaktsignalen für synchrone datenübertragungsnetzwerke Expired - Lifetime DE60003378T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US298402 1999-04-23
US09/298,402 US6121816A (en) 1999-04-23 1999-04-23 Slave clock generation system and method for synchronous telecommunications networks
PCT/US2000/010289 WO2000065715A1 (en) 1999-04-23 2000-04-17 Slave clock generation system and method for synchronous telecommunications networks

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60003378D1 DE60003378D1 (de) 2003-07-24
DE60003378T2 true DE60003378T2 (de) 2004-05-13

Family

ID=23150357

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60003378T Expired - Lifetime DE60003378T2 (de) 1999-04-23 2000-04-17 System und verfahren zur erzeugung von slavetaktsignalen für synchrone datenübertragungsnetzwerke

Country Status (16)

Country Link
US (1) US6121816A (de)
EP (1) EP1097511B1 (de)
JP (1) JP3411909B2 (de)
KR (1) KR100388931B1 (de)
CN (1) CN1148872C (de)
AT (1) ATE243387T1 (de)
AU (1) AU751441B2 (de)
CA (1) CA2334738C (de)
DE (1) DE60003378T2 (de)
DK (1) DK1097511T3 (de)
ES (1) ES2200870T3 (de)
HK (1) HK1038994B (de)
MX (1) MXPA00012359A (de)
PT (1) PT1097511E (de)
TW (1) TW454383B (de)
WO (1) WO2000065715A1 (de)

Families Citing this family (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW533681B (en) * 2002-01-22 2003-05-21 Gemstone Communications Inc High speed voltage controlled oscillator
US6754171B1 (en) * 2000-05-18 2004-06-22 Enterasys Networks, Inc. Method and system for distributed clock failure protection in a packet switched network
US6356124B1 (en) * 2000-06-26 2002-03-12 Conexant Systems, Inc. Method and apparatus for generating a digital sine wave signal
US6294935B1 (en) * 2000-10-17 2001-09-25 Vlsi Technology, Inc. Built-in-self-test circuitry for testing a phase locked loop circuit
DE10059270B4 (de) * 2000-11-29 2012-08-02 Heidelberger Druckmaschinen Ag Vorrichtung und Verfahren zur Synchronisation von an mehreren Einheiten ablaufende Prozesse
US6333651B1 (en) * 2000-12-01 2001-12-25 Exar Corporation Second order digital jitter attenuator
DE10208650A1 (de) * 2001-03-15 2002-09-19 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Synchronisation wenigstens eines Teilnehmers eines Bussystems und Bussystem
US6959317B1 (en) 2001-04-27 2005-10-25 Semtech Corporation Method and apparatus for increasing processing performance of pipelined averaging filters
US7039148B1 (en) 2001-04-27 2006-05-02 Semtech Corporation Phase detector and signal locking system controller
TW480821B (en) * 2001-05-29 2002-03-21 Realtek Semiconductor Corp Multiphase switching circuit with bidirectional switch and without false signal
US7415000B2 (en) * 2001-07-18 2008-08-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Data transmission apparatus and data transmission method
US6976183B2 (en) * 2001-11-09 2005-12-13 Teradyne, Inc. Clock architecture for a frequency-based tester
FR2832577B1 (fr) * 2001-11-16 2005-03-18 Cit Alcatel Acquisition adaptative de donnees pour systeme de gestion de reseaux ou de services
US7081777B2 (en) * 2002-05-28 2006-07-25 Realtek Semiconductor Corp. Multiple-phase switching circuit
WO2004006478A1 (en) * 2002-07-08 2004-01-15 Globespanvirata Incorporated System and method for providing network timing recovery
DE10255355A1 (de) * 2002-11-27 2004-06-24 Infineon Technologies Ag Verfahren zur automatischen Erkennung der Taktfrequenz eines Systemtaktes für die Konfiguration einer Peripherie-Einrichtung
US7609797B2 (en) * 2003-09-04 2009-10-27 Standard Microsystems Corporation Circuit, system, and method for preventing a communication system absent a dedicated clocking master from producing a clocking frequency outside an acceptable range
US8116321B2 (en) * 2004-06-16 2012-02-14 Thomson Licensing System and method for routing asynchronous signals
JP4650956B2 (ja) * 2004-06-16 2011-03-16 トムソン ライセンシング 非同期信号をルーティングするためのシステムおよび方法
US20080049794A1 (en) * 2005-01-13 2008-02-28 Raul Assia Device, System and Method of Communicating Between Circuit Switch Interfaces Over an Analog Modulation Communication Network
US7158904B2 (en) * 2005-02-25 2007-01-02 Texas Instruments Incorporated System and method for correcting an inaccurate clock
US7782988B2 (en) * 2005-05-02 2010-08-24 Multigig Inc. Digital frequency synthesizer
US9236966B2 (en) * 2005-11-30 2016-01-12 Caterpillar Inc. Clock synchronization for a machine control system
US7464285B2 (en) * 2006-02-14 2008-12-09 Harris Corporation Controlling an accumulation of timing errors in a synchronous system
CN101030777B (zh) * 2006-03-02 2010-12-08 中颖电子(上海)有限公司 实时时钟源及其校准装置与方法
US7626440B1 (en) * 2007-07-04 2009-12-01 Altera Corporation High speed level shift
US8058900B1 (en) * 2008-04-14 2011-11-15 Marvell Israel (M.I.S.L) Ltd. Method and apparatus for clocking
US8077822B2 (en) 2008-04-29 2011-12-13 Qualcomm Incorporated System and method of controlling power consumption in a digital phase locked loop (DPLL)
US7928773B2 (en) * 2008-07-09 2011-04-19 Integrated Device Technology, Inc Multiple frequency synchronized phase clock generator
US8120432B2 (en) * 2009-06-19 2012-02-21 Rockstar Bidco, LP System and method for selecting optimum local oscillator discipline source
CN102035506B (zh) * 2009-09-25 2014-01-15 慧荣科技股份有限公司 时钟产生电路、收发器以及时钟产生方法
TWI421667B (zh) * 2009-10-07 2014-01-01 Univ Nat Cheng Kung 時鐘同步之方法及應用該方法之網路系統
WO2013049333A1 (en) * 2011-09-28 2013-04-04 Panavision Imaging System and method for delayed clock distribution in column-parallel a/d architectures used in cmos image sensors
CN103248445B (zh) * 2012-02-09 2018-01-05 中兴通讯股份有限公司 一种时钟同步方法和装置
EP2902866B1 (de) * 2014-02-04 2018-03-07 Hittite Microwave LLC Gebrauchsfertiges System in einem Taktverteilungs-Chip
KR101470599B1 (ko) * 2014-04-01 2014-12-11 주식회사 더즈텍 복원된 클럭을 이용하여 송신한 데이터를 수신하는 장치
CN104363016B (zh) * 2014-10-17 2018-03-13 青岛歌尔声学科技有限公司 一种时钟数据恢复电路和时钟数据恢复方法
US9735787B2 (en) 2015-03-18 2017-08-15 Analog Devices, Inc. Frequency synthesizer with dynamic phase and pulse-width control
JP2017163204A (ja) * 2016-03-07 2017-09-14 APRESIA Systems株式会社 通信装置
CN108572266B (zh) * 2017-12-11 2020-09-15 深圳市鼎阳科技股份有限公司 一种波形发生装置
US10574246B2 (en) * 2017-12-29 2020-02-25 Texas Instruments Incorporated Digital downconverter with digital oscillator frequency error correction
US11218984B1 (en) * 2018-10-18 2022-01-04 Sitime Corporation Fixed-beacon time transfer system
US10879845B2 (en) 2018-12-31 2020-12-29 Texas Instruments Incorporated Phase coherent numerically controlled oscillator
CN113676020B (zh) * 2021-08-24 2023-03-10 上海琪云工业科技有限公司 一种用于开关稳压器可调精度锁频环数字控制方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4241308A (en) * 1978-12-29 1980-12-23 Alfred Cellier Digital numerically controlled oscillator
US4562402A (en) * 1983-04-29 1985-12-31 Tektronix, Inc. Method and apparatus for generating phase locked digital clock signals
JPH0797328B2 (ja) * 1988-10-25 1995-10-18 インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン フオールト・トレラント同期システム
FR2710797B1 (fr) * 1993-09-30 1995-12-15 Sgs Thomson Microelectronics Comparateur de phase numérique.
GB2288086A (en) * 1994-03-28 1995-10-04 Hewlett Packard Co Digital phase-locked loop using a numerically-controlled oscillator
DK138196A (da) * 1996-12-04 1998-06-05 Dsc Communications As Fremgangsmåde og kredsløb til frembringelse af et systemkloksignal
US5864252A (en) * 1997-02-13 1999-01-26 Galvantech, Inc. Synchronous circuit with improved clock to data output access time
DE19707365C2 (de) * 1997-02-25 1999-01-07 Lucent Tech Network Sys Gmbh Digitaler Oszillator

Also Published As

Publication number Publication date
HK1038994B (zh) 2004-10-08
MXPA00012359A (es) 2002-04-24
KR20010072630A (ko) 2001-07-31
EP1097511B1 (de) 2003-06-18
AU751441B2 (en) 2002-08-15
CA2334738A1 (en) 2000-11-02
CN1315077A (zh) 2001-09-26
DK1097511T3 (da) 2003-10-06
JP2002543652A (ja) 2002-12-17
JP3411909B2 (ja) 2003-06-03
PT1097511E (pt) 2003-10-31
TW454383B (en) 2001-09-11
HK1038994A1 (en) 2002-04-04
US6121816A (en) 2000-09-19
ES2200870T3 (es) 2004-03-16
EP1097511A1 (de) 2001-05-09
KR100388931B1 (ko) 2003-06-25
CN1148872C (zh) 2004-05-05
AU4355300A (en) 2000-11-10
WO2000065715A1 (en) 2000-11-02
DE60003378D1 (de) 2003-07-24
CA2334738C (en) 2002-11-19
ATE243387T1 (de) 2003-07-15
EP1097511A4 (de) 2001-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60003378T2 (de) System und verfahren zur erzeugung von slavetaktsignalen für synchrone datenübertragungsnetzwerke
DE3841512C2 (de)
DE69926320T2 (de) Durch digitale wörter abgestimmte frequenzsyntheseschaltung
EP0389662B1 (de) Verfahren zum Synchronisieren der Phase von Taktsignalen zweier Taktgeneratoren in Kommunikationsnetzen
DE60109912T2 (de) Taktphasensteuerung auf phasenregelkreisbasis zur implementierung einer virtuellen verzögerung
DE102007021619A1 (de) Taktsynchronisierungsverfahren und -vorrichtung
DE112007000758B4 (de) Datensignal-Erzeugungsvorrichtung #
EP0507385A2 (de) Übertragungssystem für die synchrone digitale Hierarchie
EP0503732A2 (de) Übertragungssystem für die digitale Synchron-Hierarchie
EP0650259B1 (de) Schaltungsanordnung für einen Taktgenerator
EP0849904A2 (de) Synchrones digitales Nachrichtenübertragungssystem, Steuerungseinrichtung, Netzelement und zentraler Taktgenerator
DE2751021A1 (de) Anordnung zum synchronisieren von oszillatorsignalen
DE60035373T2 (de) Vorrichtung und verfahren in einer halbleiterschaltung
EP1525662B1 (de) Digital gesteuerter oszillator
DE3315372C2 (de)
EP1094610A1 (de) Digitaler Phasenregelkreis
WO2008116517A1 (de) Verfahren zur erzeugung einer taktfrequenz
EP1223698A2 (de) Verfahren und Kompensationsmodul zur Phasenkompensation von Taktsignalen
DE3743434A1 (de) Zeitsignalgeber
DE69735714T2 (de) Anordnung und verfahren zur aufrechterhaltung der synchronisation und frequenzstabilisation in einem drahtlosen telekommunikationssystem
DE3604965C1 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zum Synchronisieren eines insbesondere einer Vermittlungseinrichtung zugehoerigen spannungsgesteuerten Oszillators
DE4442306C2 (de) Verfahren und Anordnung zur Ermittlung von Phasenänderungen eines Referenz-Eingangssignals eines Phasenregelkreises
DE102011003738B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Verringerung von Signalflankenjitter in einem Ausgangssignal eines numerisch kontrollierten Oszillators
DE19943172C2 (de) Anordnung zur Taktversorgung von hochbitratigen Koppelfeldstrukturen
DE19618953C2 (de) Synchroner Taktschaltkreis

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition