JPH04365244A - クロック抽出回路 - Google Patents

クロック抽出回路

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JPH04365244A
JPH04365244A JP3140558A JP14055891A JPH04365244A JP H04365244 A JPH04365244 A JP H04365244A JP 3140558 A JP3140558 A JP 3140558A JP 14055891 A JP14055891 A JP 14055891A JP H04365244 A JPH04365244 A JP H04365244A
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adaptive control
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Masayuki Taguchi
雅之 田口
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L7/00Arrangements for synchronising receiver with transmitter
    • H04L7/02Speed or phase control by the received code signals, the signals containing no special synchronisation information
    • H04L7/033Speed or phase control by the received code signals, the signals containing no special synchronisation information using the transitions of the received signal to control the phase of the synchronising-signal-generating means, e.g. using a phase-locked loop
    • H04L7/0334Processing of samples having at least three levels, e.g. soft decisions

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル伝送システ
ムにおける受信側でのクロック抽出回路に関し、特にデ
ィジタル位相同期回路を用い位相比較器には波形差分法
(WaveDifference  Method;以
下WDM法という)を用いたクロック抽出回路に関する
【0002】
【従来の技術】従来、波形差分法による位相比較器(以
下WDM位相比較器という)を用いたクロック抽出回路
には、「昭和61年度電子通信学会通信部門全国大会論
文集」P2−18の「2B+Dエコーキャンセラー用紙
ジッタPLLの検討」(国米、篠塚他)に示されるもの
がある。
【0003】この回路の基本構成を図6のブロック図に
示す。WDM位相比較器10の出力はループフィルタ2
0と可変分周器23とに接続される。ループフィルタ2
0はWDM位相比較器10の出力に符号間干渉による雑
音(パターンジッタ)が現われるためにラグリード型よ
りも完全積分型の方が適している。
【0004】VCXO21は本来の伝送クロックレート
より数十倍高い周波数で発振するもので、この出力を可
変分周器23で分周して抽出クロックを得る。その分周
比は初期トレーニング時のみWDM位相比較器10の出
力により制御される。
【0005】ここでWDM法の原理を、図7及び図8の
波形図を用いて簡単に説明する。
【0006】まず、図7において波形差分An は抽出
するクロックの倍の周波数でサンプリングされた入力デ
ータan−1 ,an ,an+1 を用いて次のよう
に形成される。
【0007】 An =an ×(an−1 −an+1 )  ……
(1)an の点が波形のピーク点に重なったとき、A
n の値は零になることに着目し、VCXO21の発振
周波数を変動させてAn の値が常に零に近づくように
系を制御することによりクロック成分を抽出することが
できる。ただし、An をそのまま用いて制御をかける
と系の安定性に問題があることから、実際にはAn を
積分して用いることが多い。例えば、次の(2)式にお
いて、Sn =An +(1/2)An−1   ……
(2)Sn >0のときはVCXOの発振周波数を上げ
る制御、またSn<0のときはVCXOの発振周波数を
下げる制御、Sn =0のときは発振周波数の変化無し
という制御をそれぞれ行う。
【0008】次に、図8(a)〜(d)にan と入力
波形のピーク点との位相関係によりVCXOの制御がど
ちらになるかを示し、矢印は周波数偏移の方向を示す。 この時のAn の符号及びVCXOの制御との関係を、
次の表1に示す。いずれの場合もan のポイントが入
力波形のピーク点に近づくようにVCXOの発振周波数
が制御される。なお、表中の+/−は信号を表している
【0009】
【表1】
【0010】図8(a)の場合、an−1 ,an が
(+),an+1 が(−)で、An が(+)となり
、VCXO21の発振周波数を上げるよう制御される。 図8(b)〜(d)も、この表1からその制御方向がわ
かる。
【0011】ところで、波形差分法は、入力波形にピー
ク点が存在する波形(たとえばバイポーラ波形)が来る
ことを前提としたものであるので、バイポーラ波形の場
合、伝送データに「1」が送られて来るときには問題無
いが、伝送データに「0」が送られて来る場合には、前
述の(1)式で示したAn の値が0となる確率が高い
。 このため抽出クロックが入力波形に同期している場合に
長い0連続が入力されると、VCXOの制御が出来なく
なり同期外れを起こしやすくなるという欠点がある。特
に、VCXOの自走周波数偏差が大きい場合や、送信側
クロックレートに偏差が存在する場合危険度が大きくな
る。
【0012】この問題を解決する手段として、図9のブ
ロック図を本発明の発明者が提案した。これは、0連検
出器30により入力波形を常時監視し、これが長い0連
続を検出したときに位相比較器10の出力の過去の平均
値をもってVCXO21の制御を行う回路である。また
、図10,図11は図9の各部について詳細を示す回路
構成図を示す。
【0013】WDM位相比較器10は、図10に示すよ
うに、入力端子1から波形データを入力しシフトレジス
タ11に過去3回分のデータを取り込む。これらのデー
タをもとに加算器12、乗算器13を用いてAn =a
n ×(an−1 −an+1 )の計算を行う。An
 はさらに加算器14にて乗算器15で得られる(1/
2)Sn−1 のデータと加算されてSn が得られる
【0014】0連続検出器30は基準レベル32とAn
 の値とを比較し、An の方が小さいときに1を出力
する比較器31と、その出力を過去の分も含めて保持す
るシフトレジスタ33と、このシフトレジスタ33の出
力がすべて1かどうかを判定するアンド回路34とから
構成される。この構成ではシフトレジスタ33を8段設
けたことで8個の0連続を検出して、出力信号SELに
1を出力する。
【0015】一方、平均値出力回路40は、図11に示
すように、Sn の値は過去18回分が過去の平均値出
力回路のシフトレジスタ41に保持される。Sn は積
分されているので0連が続くと最終的に0になってしま
い、VCXO21に対しての制御がかからなくなってし
まうが、この構成では0連が8個続いたときに9回前か
ら18回前までのSn の値について平均値算出回路4
2で計算した値をセレクタ50にてSn と切り替えて
ループフィルタ20に出力する。従って、0連の区間に
おいてもVCXO21に対しては0連発生前と同じ向き
の制御がかかることになり、同期外れを起こしにくくな
る。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】上述したクロック抽出
回路では、0連検出器30を設けたことにより、伝送符
号に含まれる長い0連に対しての安定性が向上し、同期
外れを起こしにくくなるという利点が有った。図12(
a)は0連検出器30が無い場合の平均値Sn 及び位
相誤差の変化を示すもので、0連発生時にVCXO21
の制御が利かなくなるために位相誤差がかえって大きく
なる。これに対し図12(b)は0連検出器30のある
構成にした場合で、過去の平均値を0連区間でのSn 
として用いるため位相誤差が極端に大きくなることは無
い。
【0017】しかし、それまで位相誤差が小さくなるよ
うに制御してきたにもかかわらず、一時的に位相誤差が
大きくなるため、同期確立までの収束時間が0連続がな
いときに比べ長くかかるという欠点がある。このような
ケースは電源起動時の過渡状態はもちろん、伝送路上の
外乱等により一時的に同期外れを起こした場合に、伝送
データのロスが大きくなるという問題があり、近年IS
DNに見られるように伝送レートが高速化してくると、
利用者へのサービス低下にもつながる。
【0018】本発明の目的は、このような問題を解決し
、同期確立の収束時間を短縮したクロック抽出回路を提
供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明の構成は、波形差
分法を用いたディジタル位相比較器と、この位相比較器
の出力を入力するループフィルタと、このループフィル
タの出力により制御されるVCXOとを含む位相同期ル
ープを用いたクロック抽出回路において、入力信号の伝
送符号系列の中の特定長以上の0連続を検出する0連続
検出手段と、前記ディジタル位相比較器の過去の出力を
保持し、その変化の度合を基準として0連続発生時に最
も有効な制御値を出力する適応制御出力手段、前記0連
続検出手段の出力結果により前記ディジタル位相比較器
の出力と前記適応制御値出力手段からの出力とを選択し
て前記ループフィルタに出力する選択手段とを備えるこ
とを特徴とする。
【0020】
【実施例】図1は本発明の一実施例のブロック図である
。入力端子1からWDM位相比較器10にデータが入力
されAn 、Sn の演算が行われる過程、及び0連検
出器30の構成は、図11の構成と全く同じであり、セ
レクタ50、ループフィイルタ20、VCXO21、分
周器22についても図10で説明したものと何ら変わら
ない。適応制御回路60は、WDM位相比較器10の出
力と0連検出器30の出力を入力とし、その出力はセレ
クタ50に接続される。
【0021】この適応制御回路60の構成を、図2のブ
ロック図により説明する。WDM位相比較器10からの
出力信号Sn はまずシフトレジスタ61に入力される
。 2組の平均値算出回路62,63がそれぞれシフトレジ
スタ61の9〜13段目と14〜18段目に接続され、
前者は平均値P、後者は平均値Qを出力する。一方カウ
ンタ64は0連検出器30の出力信号SELが0から1
に変化した時点でリセットされる10進アップカウンタ
で、カウント値mを演算回路65に出力する。
【0022】演算回路65では前述の平均値P、Q、カ
ウント値mをもとに0連発生時に最も有効な適応制御値
Vを計算出力するもので、演算は次の式(3)を用いる
【0023】 V=(Q−P)×m/10+P  ……(3)したがっ
て、VCXO21に対する制御は0連検出時においても
リニアに変化させることができる。この様子を図12(
c)に示す。二つの平均値P、Qから変化の方向を予測
しこれに近づく方向へ制御させるため、0連発生後の位
相誤差の変化は従来例の図12(b)に比べるとスムー
ズになり、収束時間の短縮ができることは明かである。
【0024】以上説明した一連の処理過程を図3のフロ
ーチャートに示す。WDMによる位相比較から、0連検
出、適応制御、セレクタまでの1回の動作をPAD図で
表わしたものであり、実際にはこのフローが入力データ
の1サンプルごとに無限に繰り返される。
【0025】図4は本発明の第2の実施例を説明する適
応制御回路60aの部分のブロック図を示し、図5はそ
の処理過程のフローチャートを示す。まず図2と同様に
18段のシフトレジスタ61にSn の値が書き込まれ
ると、平均値算出回路66はSn−9 〜Sn−18の
平均値Rを計算する。この値は0連検出器30の出力信
号SELが0から1に変化した場合に限ってアップダウ
ンカウンタ68にそのまま入力され保持される。
【0026】一方、平均値Rの正負符号判定回路67は
、アップダウンカウンタ68のカウント方向、すなわち
クロックが供給されたときにレジスタの値を+1する(
アップカウント)か−1する(ダウンカウント)かを決
める信号UDを出力する。ここでもしSEL信号が1の
場合は、アンド回路69を介してクロック信号がアップ
ダウンカウンタ68に供給され、カウント値が更新され
る。この結果がVCXO21への適応制御値Vとしてセ
レクタ50に出力される。
【0027】この構成においても、0連発生区間でのV
CXOの制御はリニアに変化させることができ収束時間
の短縮が可能である。なお、本実施例で示したループフ
ィルタはアナログ回路を想定しているが、ディジタルフ
ィルタを用いてもかまわない。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、伝送符号
系列の中の特定長以上の0連続を検出する手段と、0連
が発生する以前のディジタル位相比較器の出力を保持し
ておきその変化の度合を基準として0連発生時に最も有
効な制御値によりVCXOの制御を行うようにしたので
、波形差分法を用いた位相比較器によるPLL系の0連
続耐力を向上し、かつ電源起動時等の過渡状態、あるい
は伝送路上の外乱等により一時的に同期外れを起こした
状態で長い0連続を発生した場合においても同期確立時
間の短縮を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すブロック図。
【図2】図1に示した適応制御回路の詳細を示すブロッ
ク図。
【図3】図1,図2の動作を示すフローチャート。
【図4】本発明の第2の実施例の適応制御回路のブロッ
ク図。
【図5】図4の動作を示すフローチャート。
【図6】従来の波形差分法を用いたクロック抽出回路の
基本構成を示すブロック図。
【図7】図6の動作を説明する波形図。
【図8】図6の波形差分法の原理を説明する波形図。
【図9】図6を改良した第二の従来例を示すブロック図
【図10】図9の位相比較器、0連検出部分の詳細ブロ
ック図。
【図11】図9の平均値出力回路の詳細ブロック図。
【図12】従来例1,2および本発明の実施例の収束時
間を示すタイミング図。
【符号の説明】
1    入力端子 2    出力端子 10    WDM位相検出器 20    ループフィルタ 21    VCXO 22    分周器 23    可変分周器 30    0連検出器 40    平均値出力回路 41,61    シフトレジスタ 42,62,63,66    平均値算出回路64 
   カウンタ 65    演算回路 67    正負判定回路 68    アップダウンカウンタ 69    AND回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  波形差分法を用いたディジタル位相比
    較器と、この位相比較器の出力を入力するループフィル
    タと、このループフィルタの出力により制御されるVC
    XOとを含む位相同期ループを用いたクロック抽出回路
    において、入力信号の伝送符号系列の中の特定長以上の
    0連続を検出する0連続検出手段と、前記ディジタル位
    相比較器の過去の出力を保持し、その変化の度合を基準
    として0連続発生時に最も有効な制御値を出力する適応
    制御出力手段、前記0連続検出手段の出力結果により前
    記ディジタル位相比較器の出力と前記適応制御値出力手
    段からの出力とを選択して前記ループフィルタに出力す
    る選択手段とを備えることを特徴とするクロック抽出回
    路。
  2. 【請求項2】  適応制御出力手段が、位相比較器の出
    力を保持するシフトレジスタと、このシフトレジスタの
    所定前段および後段の平均値をそれぞれ出力する平均値
    回路と、0連続を検出した時のタイミングの比率に従っ
    て前記前段および後段の平均値を加算した出力を出力す
    る演算手段とからなる請求項1記載のクロック抽出回路
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