專利名稱：應(yīng)用于數(shù)字非同步通訊傳輸系統(tǒng)中自動(dòng)校準(zhǔn)及同步化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字通訊傳輸領(lǐng)域，尤其是一種不需要通用非同步收發(fā)傳輸器(Universal Asynchronous Receiver and Transmitter；UART)，或不具有精確時(shí)脈(time-base)的接收端即可達(dá)到自動(dòng)校準(zhǔn)及同步化的“應(yīng)用于數(shù)字非同步(Asynchronous)通訊傳輸系統(tǒng)中自動(dòng)校準(zhǔn)(calibration)及同步化(synchronization)的方法”。
但是在非同步通訊中，發(fā)送端與接收端必須保持一精確的時(shí)脈(timeslice)，以正確地計(jì)數(shù)資料，因此，通用非同步收發(fā)傳輸器(UART)，例如精確的時(shí)脈產(chǎn)生器或頻率鎖定裝置遂成為非同步通訊系統(tǒng)中保持精確的時(shí)脈常用的裝置。
然而，由于非同步收發(fā)傳輸器(UART)的成本過高，再者，由于非同步通訊的特性，必須確定發(fā)送端與接收端的傳輸速率(baud rate)相同，因此，有些硬件設(shè)備無法提供或難以設(shè)定傳輸速率，造成硬件的傳輸速率與真正的傳輸速率不匹配的情況發(fā)生。
因此，一種不需非同步收發(fā)傳輸器(UART)，且能達(dá)到自動(dòng)校準(zhǔn)及同步化的方法，遂成為一被關(guān)注的議題。
本發(fā)明所提的應(yīng)用于數(shù)字非同步通訊傳輸系統(tǒng)中自動(dòng)校準(zhǔn)及同步化的方法，至少包含下列步驟(a)初始化一接收端(Target)系統(tǒng)；(b)接收端偵測(cè)到一開始位元(START bit)，的一下降緣(falling edge)信號(hào)后開始計(jì)數(shù)；(c)接收端偵測(cè)到開始位元的一上升緣(risins edge)信號(hào)后結(jié)束計(jì)數(shù)；(d)儲(chǔ)存一計(jì)數(shù)結(jié)果；(e)設(shè)定一取樣指標(biāo)(sampling pointer)的時(shí)間長(zhǎng)度為(計(jì)數(shù)結(jié)果/2)，(f)補(bǔ)償一延遲時(shí)間并經(jīng)過一等待回路(wait loop)為(計(jì)數(shù)結(jié)果/2)的時(shí)間長(zhǎng)度；(g)取樣并儲(chǔ)存第1資料位元；(h)補(bǔ)償一延遲時(shí)間并經(jīng)過一等待回路(Wait loop)為(計(jì)數(shù)結(jié)果)的時(shí)間長(zhǎng)度；(i)依序取樣并儲(chǔ)存依序的資料位元；(j)確定取樣并儲(chǔ)存8個(gè)資料位元；(k)依據(jù)該初始化，設(shè)置(locating)一字元間距(Inter Character Region)；及重復(fù)執(zhí)行步驟(b)-步驟(k)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)(1)不需要如精確的時(shí)脈產(chǎn)生器或頻率鎖定裝置的通用非同步收發(fā)傳輸器(UART)即可以達(dá)到自動(dòng)校準(zhǔn)及同步化的目的，可降低傳輸裝置的制造成本；(2)在非同步通訊傳輸系統(tǒng)中，下一開始位元前，只須就單一信號(hào)位元寬度做一次自動(dòng)校準(zhǔn)，即可消除累積的邊際錯(cuò)誤(margin error)；及(3)適用于非同步通訊傳輸系統(tǒng)中任何傳輸速率(baud rate)。
570位元訊框的時(shí)間寬度580真正的位元訊框的時(shí)間寬度600位元訊框的中央位置610延遲時(shí)間620等待回路630誤差邊際圖2為IEEE-232協(xié)定標(biāo)準(zhǔn)的位元訊框波形圖，通過有線傳輸?shù)姆峭桨l(fā)射訊號(hào)，并以9600HZ的頻率進(jìn)行傳送。一般而言，接收端利用16倍頻率以針對(duì)待接收資料進(jìn)行取樣，若以傳輸速率(baud rate)為9600HZ為例，須9600×16＝153.6KHZ的取樣頻率，本發(fā)明提出一較佳實(shí)施例，采用“U”字元當(dāng)作發(fā)送端的傳送字元，原因在于“U”字元的二進(jìn)位代碼為“01010101”，其通過傳輸線傳遞訊號(hào)具有較佳的資料通道平衡特性，如“U”字元以9600HZ的頻率進(jìn)行傳送時(shí)，每一位元訊框(bit-frame)相當(dāng)于1/9600＝104us；若以4800HZ的頻率進(jìn)行傳送時(shí)，每一位元訊框(bit-frame)相當(dāng)于1/4800＝208us。而一個(gè)完整的“U”字元訊框200具有一104us的開始位元210，且每一位元訊框220具有104us的時(shí)間間距，圖中更顯示一具有208us的字元間距(InterCharacter Region)結(jié)束區(qū)間230。
圖3為模擬一資料接收的取樣脈沖的波形圖，就較佳的穩(wěn)態(tài)取樣而言，取樣脈沖發(fā)生在每一位元訊框的中央位置，亦即104/2＝52us間距，實(shí)際上，取樣脈沖可能不存在每一位元訊框的中央位置，如果接收端具有一精確的時(shí)脈或頻率機(jī)制，則取樣間距是很容易達(dá)到的；相對(duì)地，如果接收端不具有一精確的時(shí)脈或頻率機(jī)制，則取樣間距是很難以達(dá)到的。圖中所示，模擬一資料接收的取樣脈沖300發(fā)生在每一位元訊框的中央位置，其中，當(dāng)接收端偵測(cè)到一下降緣(falling edge)信號(hào)310后，中斷接收端并啟始一開始位元320，緊接著第1位元(bit 1)的最低效位元(Least Significant bit；LSB)330至第8位元(0u 8)的最高效位元(Most signifcant bit；MSB)340，直到接收端偵測(cè)到一上升緣(edge)信號(hào)350后，結(jié)束一終止位元360，由于每一位元訊框具有104us的時(shí)間間距，因此8個(gè)位元具有104us×8＝832us的時(shí)間間距370。
圖4為本發(fā)明的自動(dòng)校準(zhǔn)及同步化的主要流程圖，首先初始化一接收端系統(tǒng)(步驟400)；當(dāng)接收端偵測(cè)到一開始位元(START bit)的下降緣(fallingedge)信號(hào)后開始計(jì)數(shù)(步驟401)；當(dāng)接收端偵測(cè)到該開始位元(START bit)上升緣(rising edge)信號(hào)后結(jié)束計(jì)數(shù)(步驟402)；接著儲(chǔ)存計(jì)數(shù)結(jié)果(步驟403)；并設(shè)定一取樣指標(biāo)(sampling pointer)的時(shí)間長(zhǎng)度為(計(jì)數(shù)結(jié)果/2)(步驟404)，并補(bǔ)償一延遲時(shí)間并經(jīng)過一等待回路(wait loop)為(計(jì)數(shù)結(jié)果/2)的時(shí)間長(zhǎng)度(步驟405)；取樣并儲(chǔ)存第1資料位元(步驟406)；接著補(bǔ)償一延遲時(shí)間并經(jīng)過一等待回路(wait loop)為(計(jì)數(shù)結(jié)果)的時(shí)間長(zhǎng)度(步驟407)，依序取樣并儲(chǔ)存依序的資料位元(步驟408)，確定取樣并儲(chǔ)存8個(gè)資料位元(步驟409)，最后，依據(jù)該初始化，設(shè)置(locating)一字元間距(Inter Character Region)(步驟410)，其中，該字元間距以初始化結(jié)果，設(shè)置為一個(gè)、一個(gè)半或是二個(gè)位元訊框?qū)挾龋灾貜?fù)進(jìn)行下一資料接收流程。
圖5為非同步傳輸系統(tǒng)中通過接收端所產(chǎn)生的取樣時(shí)脈漂移示意圖，其中S1-S8代表8個(gè)位元訊框，以其中一位元訊框說明取樣時(shí)脈漂移狀態(tài)，當(dāng)接收端偵測(cè)到一下降緣(falling edge)信號(hào)500后，中斷接收端，此時(shí)，接收端開始計(jì)數(shù)，并產(chǎn)生一反應(yīng)時(shí)間510進(jìn)入計(jì)數(shù)，亦即產(chǎn)生一第一延遲時(shí)間520，當(dāng)開始計(jì)數(shù)真正時(shí)間530至接收端偵測(cè)到一上升緣(rising edge)信號(hào)540后，結(jié)束一開始位元，此時(shí)，經(jīng)一反應(yīng)時(shí)間結(jié)束計(jì)數(shù)，亦即產(chǎn)生一第二延遲時(shí)間550，完成接收端結(jié)束計(jì)數(shù)560，其中一位元訊框的時(shí)間寬度570經(jīng)漂移后，真正的位元訊框的時(shí)間寬度為-(第一延遲時(shí)間)+(一位元訊框)+(第二延遲時(shí)間)。
圖6為非同步傳輸系統(tǒng)中通過時(shí)間變動(dòng)所產(chǎn)生的取樣時(shí)脈漂移示意圖，經(jīng)由上述說明，每一位元訊框會(huì)產(chǎn)生一延遲現(xiàn)象，因此，就位元訊框的中央位置600而言，每經(jīng)過一位元訊框就會(huì)增加一延遲時(shí)間610與一等待回路620，因此，就第2位元訊框而言，未經(jīng)時(shí)間補(bǔ)償(compensation)的時(shí)間t(s2)＝(s1+等待回路+延遲時(shí)間)，至第8位元訊框而言，未經(jīng)時(shí)間補(bǔ)償(compensation)的時(shí)間t(s8)＝(s1+等待回路+7×延遲時(shí)間)，其中，理想的誤差邊際630為位元訊框的一半，如果7×延遲時(shí)間大于位元訊框的一半，則會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤發(fā)生。
圖7為非同步傳輸系統(tǒng)中漂移邊際與預(yù)先取樣技術(shù)示意圖，圖中顯示經(jīng)7個(gè)延遲時(shí)間后，在第8個(gè)位元訊框時(shí)，產(chǎn)生將近40％的累計(jì)誤差時(shí)間(位于第8個(gè)位元訊框起始點(diǎn)的90％)，經(jīng)預(yù)先取樣技術(shù)以位元訊框的中央位置前20％補(bǔ)償時(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償，使第8個(gè)位元訊框的取樣時(shí)間接近在第8個(gè)位元訊框的中央位置的20％，使其漂移邊際更靠近位元訊框的中央位置，因此，較佳者，以預(yù)先取樣時(shí)間＝(計(jì)數(shù)結(jié)果/2)-(計(jì)數(shù)結(jié)果×20％)。其中，計(jì)數(shù)結(jié)果為位元訊框的取樣周期。
圖8為本發(fā)明以8MHZ處理速率所測(cè)出的累計(jì)延遲時(shí)間波形圖，說明第1取樣脈沖產(chǎn)生在該位元訊框啟始的52.33us，當(dāng)接收到第8位元時(shí)，所累計(jì)延遲時(shí)間產(chǎn)生在該位元訊框啟始的58.32us，因此，代表著所累計(jì)延遲時(shí)間能在下一開始位元前取消。
圖9為本發(fā)明所提的方法針對(duì)第1位元訊框的不同漂移量校準(zhǔn)取樣時(shí)間波形圖，其中以8MHZ處理速率、-50％漂移量(4MHZ)及+50％漂移量(12MHZ)分別說明時(shí)間誤差狀態(tài)。其中以9600HZ的頻率進(jìn)行傳送為例，每一位元訊框(bit-frame)相當(dāng)于1/9600＝104us，其位元訊框的中央位置為104us/2＝52us，8MHz處理速率的取樣時(shí)間為52.33us，因此，誤差＝(52.33-52)/52＝(+0.6％)；4MHZ處理速率的取樣時(shí)間為53.36us，因此，誤差＝(53.36-52)/52＝(+2.6％)；12MHZ處理速率的取樣時(shí)間為52.39us，因此，誤差＝(52.39-52)/52＝(+0.75％)。


圖10為本發(fā)明所提的方法針對(duì)第8位元訊框的不同漂移量累計(jì)延遲時(shí)間波形圖，8MHZ處理速率的取樣時(shí)間為58.32us，因此，誤差＝(58.32-52)/52＝(+12％)；4MHZ處理速率的取樣時(shí)間為64.56us，因此，誤差＝(64.56-52)/52＝(+24％)；12MHZ處理速率的取樣時(shí)間為51.40us，因此，誤差＝(51.40-52)/52＝(-1％)。
縱然，依據(jù)圖9及圖10所示，雖有最高達(dá)+24％的誤差存在，但仍然在允許的誤差范圍內(nèi)。
圖11為本發(fā)明所提的方法針對(duì)不同漂移量進(jìn)行取消累計(jì)延遲時(shí)間波形圖，8MHz處理速率的重置時(shí)間(re-timing)為51.95us，因此，誤差＝(51.95-52)/52＝(-0.09％)；4MHZ處理速率的重置時(shí)間為51.88us，因此，誤差＝(51.88-52)/52＝(-0.2％)；12MHZ處理速率的取樣時(shí)間為51.99us，因此，誤差＝(51.99-52)/52＝(-0.02％)。因此，通過本發(fā)明所提的方法，可將先前24％的誤差重置接近0％。
最后，圖12為利用一位元錯(cuò)誤率測(cè)試(Bit Error Rate Test；BERT)程序驗(yàn)證本發(fā)明的可行性示意圖，此測(cè)試中以一“The quick brown fox jumpsover the lazy dog”的字串，測(cè)試接收端所回應(yīng)給發(fā)送端的接收結(jié)果，由于接收端緩沖大小的限制，因此圖中所呈現(xiàn)的訊息包含二個(gè)字串，但此驗(yàn)證結(jié)果仍說明本發(fā)明所提的方法的可行性，確實(shí)有不錯(cuò)的結(jié)果。
雖然本發(fā)明以前述的較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于數(shù)字非同步通訊傳輸系統(tǒng)中自動(dòng)校準(zhǔn)及同步化的方法，其特征是至少包含下列步驟(a)初始化一接收端(target)系統(tǒng)；(b)接收端偵測(cè)到一開始位元(START bit)，的一下降緣(falling edge)信號(hào)后開始計(jì)數(shù)；(c)接收端偵測(cè)到開始位元的一上升緣(risins edge)信號(hào)后結(jié)束計(jì)數(shù)；(d)儲(chǔ)存一計(jì)數(shù)結(jié)果；(e)設(shè)定一取樣指標(biāo)(sampling pointer)的時(shí)間長(zhǎng)度為(計(jì)數(shù)結(jié)果/2)；(f)補(bǔ)償一延遲時(shí)間并經(jīng)過一等待回路(wait loop)為(計(jì)數(shù)結(jié)果/2)的時(shí)間長(zhǎng)度；(g)取樣并儲(chǔ)存第1資料位元；(h)補(bǔ)償一延遲時(shí)間并經(jīng)過一等待回路(Wait loop)為(計(jì)數(shù)結(jié)果)的時(shí)間長(zhǎng)度；(i)依序取樣并儲(chǔ)存依序的資料位元；(j)確定取樣并儲(chǔ)存8個(gè)資料位元；(k)依據(jù)該初始化，設(shè)置(locating)一字元間距(InterCharacter Region)；及重復(fù)執(zhí)行步驟(b)-步驟(k)。
2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于數(shù)字非同步通訊傳輸系統(tǒng)中自動(dòng)校準(zhǔn)及同步化的方法，其特征是該數(shù)字非同步通訊傳輸系統(tǒng)適用于一點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(point topoint)的非同步傳輸系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于數(shù)字非同步通訊傳輸系統(tǒng)中自動(dòng)校準(zhǔn)及同步化的方法，其特征是還包含一具有穩(wěn)態(tài)時(shí)脈(time base)的發(fā)送端(initiator)系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于數(shù)字非同步通訊傳輸系統(tǒng)中自動(dòng)校準(zhǔn)及同步化的方法，其特征是該開始位元可以選自非同步通訊傳輸協(xié)定標(biāo)準(zhǔn)中的任意一種。
5.如權(quán)利要求4所述的應(yīng)用于數(shù)字非同步通訊傳輸系統(tǒng)中自動(dòng)校準(zhǔn)及同步化的方法，其特征是該非同步通訊傳輸協(xié)定標(biāo)準(zhǔn)可以是一IEEE-232協(xié)定標(biāo)準(zhǔn)。
6.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于數(shù)字非同步通訊傳輸系統(tǒng)中自動(dòng)校準(zhǔn)及同步化的方法，其特征是該字元間距為兩字元(character)間的寬度。
全文摘要
一種應(yīng)用于數(shù)字非同步通訊傳輸系統(tǒng)中自動(dòng)校準(zhǔn)及同步化的方法，至少包含下列步驟(a)初始化一接收端(Target)系統(tǒng)；(b)接收端偵測(cè)到一開始位元(START bit)的一下降緣(falling edge)信號(hào)后開始計(jì)數(shù)；(c)接收端偵測(cè)到開始位元的一上升緣(risins edge)信號(hào)后結(jié)束計(jì)數(shù)；(d)儲(chǔ)存一計(jì)數(shù)結(jié)果；(e)設(shè)定一取樣指標(biāo)(sampling pointer)的時(shí)間長(zhǎng)度為(計(jì)數(shù)結(jié)果/2)，(f)補(bǔ)償一延遲時(shí)間并經(jīng)過一等待回路(wait loop)為(計(jì)數(shù)結(jié)果/2)的時(shí)間長(zhǎng)度；(g)取樣并儲(chǔ)存第1資料位元；(h)補(bǔ)償一延遲時(shí)間并經(jīng)過一等待回路為計(jì)數(shù)結(jié)果的時(shí)間長(zhǎng)度；(i)依序取樣并儲(chǔ)存依序的資料位元；(j)確定取樣并儲(chǔ)存8個(gè)資料位元；(k)依據(jù)該初始化，設(shè)置一字元間距；及重復(fù)執(zhí)行步驟(b)－步驟(k)。
文檔編號(hào)H04B17/00GK1402464SQ01130739
公開日2003年3月12日 申請(qǐng)日期2001年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月22日
發(fā)明者李心賢 申請(qǐng)人:世平興業(yè)股份有限公司