專利名稱：一種支持動態(tài)校準的時鐘恢復方法和電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于USB通信的時鐘恢復電路及其實現方法，是一種采用USB數據信號進行時鐘恢復的電路，實現在無晶體振蕩器的條件下，輸出高頻率精度的時鐘并保持時鐘頻率，用于USB 2. OFull Speed通訊領域中時鐘的恢復。
背景技術：
在USB通訊領域中需要頻率精準的時鐘來進行數據的接收和發(fā)送，通常高精度的時鐘由晶體振蕩器產生。在不能外接晶振或者通過去掉晶振以節(jié)約成本的情況下，就需要采用時鐘恢復電路來提供高精度的時鐘信號。常用的時鐘恢復方案在上電進行一次校準，此后工作過程中不再進行校準，此類方案的缺點在于無法抑制工作過程中，由于片上振蕩器工作電壓、工作溫度等變化導致的輸出時鐘頻率偏離校準值，以及由此造成的通信出錯。本發(fā)明提出了一種支持動態(tài)校準的時鐘恢復方法和電路，可以從USB數據中恢復時鐘，并在通信過程中利用USB數據持續(xù)對時鐘進行校準，使時鐘輸出始終保持在校準的目標頻率，解決了工作過程中工作環(huán)境不斷變化，如溫度、電源電壓等，影響時鐘頻率穩(wěn)定性的問題，可以應用在USB收發(fā)器中。

發(fā)明內容
本發(fā)明提出了一種支持動態(tài)校準的時鐘恢復電路結構，解決了無晶振的情況下， 利用數據進行持續(xù)校準，保證通信過程中時鐘精度的問題。該時鐘恢復電路主要由數字控制振蕩器(DCO)和控制邏輯(core)構成，整個電路結構如圖1所示。在USB應用下，控制邏輯core模塊對參考源(USB總線數據信號)和DCO輸出之間的頻率誤差進行提取，并通過控制算法計算出DCO的控制量輸出給DCO。DCO模塊根據 core輸入的控制量信息，調整時鐘的頻率，使輸出時鐘頻率接近目標頻率。最終，經過多次校準運算，使得DCO輸出的時鐘頻率與目標頻率的偏差達到允許的范圍內，實現了時鐘頻率的校準。上電后DCO首先利用USB總線上的SOF包的時間間隔進行定時，完成上電初次校準；在完成初次校準后，持續(xù)利用USB總線上數據包傳輸之間的SOF包時間間隔進行定時， 對DCO時鐘頻率不斷進行動態(tài)校準，以減小外部電源電壓、工作溫度等環(huán)境變化對CRC輸出時鐘頻率的影響。USB協議中規(guī)定SOF數據包時間間隔為固定值(1ms士500ns)，即此時間基準的精度為士0.05%。因此利用USB總線上的SOF包進行定時，在定時時間內對內部DCO輸出的時鐘進行計數，將計數結果與目標頻率時鐘的計數結果進行比較，即可判斷DCO輸出時鐘的頻率與目標頻率相比為高或低。根據判斷結果對DCO的頻率進行調節(jié)，使其時鐘頻率始終保持在目標頻率。DCO校準達到的精度取決于校準算法設置的滿足精度要求的計數區(qū)間以及DCO調節(jié)頻率的步長。


圖ICRC系統框2校準原理示意3CRC工作流程圖
具體實施例方式為了從USB數據中獲取時間信息，控制邏輯需要準確地判斷數據線上傳輸的包是否為SOF包，進而對相鄰的SOF包時間間隔進行計時。SOF數據包結構如圖2中所示，其中 SYNC部分(Sbit)是所有數據包均包含的部分，SOF數據包的PID部分(Sbit)為特定編碼。 FrameNumber為libit的幀序號，此序號遞增，根據具體序號值的不同，可能會插入填充位。 CRC5為Frame Number的CRC5校驗值(此處CRC5代表循環(huán)冗余校驗)。為了對SOF包之間的間隔進行定時，必須對SOF包進行檢測。檢測方法如下，解析 SYNC及PID部分，只要SYNC部分滿足USB協議要求，PID滿足SOF包PID定義，則認為是 SOF 包。在應用過程中可將CRC電路設置為上電校準與動態(tài)校準兩種模式，上電校準模式下，等待USB總線完成復位后，使能CRC模塊，使其進行上電校準，達到預期的時鐘精度后， 可以對校準結果進行鎖定；動態(tài)校準模式下，不對上電校準的結果進行鎖定，持續(xù)對時鐘精度進行判斷，一旦時鐘精度偏出設定的精度范圍，則由控制邏輯對DCO頻率進行校準，使 DCO精度始終保持在預期的精度范圍。DCO的實現方法很多，可以采用基于RC振蕩的振蕩器，RC乘積決定振蕩頻率，由數字控制位對接入電路的電容或電阻進行調整，以改變振蕩頻率；也可以采用環(huán)形振蕩器，其振蕩頻率與電流源相關，由數字控制位對電流源的大小進行調整，以改變振蕩頻率。通過本發(fā)明公開的一種支持動態(tài)校準的時鐘恢復電路，可以實現USB 2. OFull Speed通信系統中的時鐘恢復以及持續(xù)動態(tài)校準。應當理解的是，本實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制。有關技術領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變換或變化，因此所有等同的技術方案也應該屬于本發(fā)明的范疇由各權力要求限定。
權利要求
1.一種支持動態(tài)校準的時鐘恢復電路，該時鐘恢復電路主要由數字控制振蕩器DCO和控制邏輯core構成，其特征是控制邏輯core對USB總線數據信號和DCO輸出之間的頻率誤差進行提取，并通過控制算法計算出DCO的控制量輸出給DCO，DCO根據core輸入的控制量信息，調整時鐘的頻率，使輸出時鐘頻率接近目標頻率。
2.如權利要求1所述的一種支持動態(tài)校準的時鐘恢復電路，其特征在于數字控制振蕩器能采用一種基于RC振蕩的振蕩器實現，RC乘積決定振蕩頻率，由數字控制位對接入電路的電容或電阻進行調整，以改變振蕩頻率；也能采用一種環(huán)形振蕩器，其振蕩頻率與電流源相關，由數字控制位對電流源的大小進行調整，以改變振蕩頻率。
3.如權利要求1所述的一種支持動態(tài)校準的時鐘恢復電路，其特征在于上電后DCO首先利用USB總線上的SOF包的時間間隔進行定時，完成上電初次校準；在完成初次校準后， 持續(xù)利用USB總線上數據包傳輸之間的SOF包時間間隔進行定時，對DCO時鐘頻率不斷進行動態(tài)校準。
4.一種支持動態(tài)校準的時鐘恢復方法，應用于權利要求1所述的電路中，其特征在于該方法在上電后首先利用USB總線上的SOF數據包的時間間隔進行定時，完成初次校準，然后持續(xù)利用USB總線上數據包傳輸之間的SOF數據包時間間隔進行定時，在定時時間內對輸出時鐘進行計數，將計數結果與校準頻率時鐘的計數結果進行比較，判斷輸出時鐘的頻率與校準頻率的高低，根據判斷結果對輸出時鐘的頻率進行調節(jié)，對輸出時鐘頻率不斷進行動態(tài)校準，使輸出時鐘頻率始終保持在校準頻率。
5.如權利要求4所述的一種支持動態(tài)標準的時鐘恢復方法，所述SOF數據包包含SYNC 部分、PID部分、Frame Number部分、CRC5部分，其特征在于在上電后首先利用USB總線上的SOF數據包的時間間隔進行定時之前，對SOF數據包進行檢測，檢測方法為解析SYNC部分及PID部分，只要SYNC部分滿足USB協議要求，PID滿足SOF包PID定義，則認為是SOF 數據包。
全文摘要
本發(fā)明提出一種支持動態(tài)校準的時鐘恢復方法和電路，主要包括數字控制振蕩器(DCO)和控制邏輯(core)。控制邏輯對USB總線數據信號和DCO輸出之間的頻率誤差進行提取，并通過控制算法計算出DCO的控制量輸出給DCO。DCO模塊根據core輸入的控制量信息，調整時鐘的頻率，使輸出時鐘頻率接近目標頻率。此時鐘恢復電路使用的時間基準完全來自USB總線上的數據信號，上電后DCO首先利用USB總線上的SOF包的時間間隔進行定時，完成上電初次校準；在完成初次校準后，持續(xù)利用USB總線上數據包傳輸之間的SOF包時間間隔進行定時，對DCO時鐘頻率不斷進行動態(tài)校準，解決了工作過程中工作環(huán)境不斷變化，如溫度、電源電壓等，影響時鐘頻率穩(wěn)定性的問題。通過本結構實現在無晶體振蕩器的條件下，輸出高頻率精度的時鐘并持續(xù)進行動態(tài)校準以保持時鐘頻率，可用于USB 2.0Full Speed通訊領域中時鐘的恢復。
文檔編號H03L7/099GK102571080SQ201010622250
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月27日 優(yōu)先權日2010年12月27日
發(fā)明者高慧 申請人:北京中電華大電子設計有限責任公司