專利名稱：基于查找表的時鐘分頻電路及方法
技術領域：
本發明涉及集成電路的時鐘分頻技術，具體涉及一種基于查找表的時鐘分頻電路及方法。
背景技術：
目前，我國運營商的城域網現狀是SDH/MSTP、以太網交換機、路由器等多個網絡分別承載不同業務、各自維護的局面，難以滿足多業務統一承載和降低運營成本的發展需求。 因此，城域網需要采用靈活、高效和低成本的分組傳送平臺來實現全業務統一承載和網絡融合，分組傳送網(PTN)技術由此應運而生。PTN技術保持了傳統SDH傳送網的優點良好的網絡擴展性、豐富的操作維護 (OAM)、快速的保護倒換、利用網管系統建立連接等。同時增加了適應數據業務的特性分組交換、統計復用、采用面向連接的標簽交換、分組QoS機制、靈活動態的控制面。既然PTN要用于承載TDM仿真業務，那么系統就不可避免地要處理PDH/SDH時鐘。 對PDH業務來說，時鐘必須滿足SSU/SEC/PDH同步接口輸出的抖動和飄移限值，某些時鐘優先級較高的接口還必須滿足PRC輸出指標。系統往往需要支持高達幾十路PDH，由鎖相環/數字時鐘管理模塊提供高達幾十路PDH時鐘顯然是不現實的。傳統邏輯資源生成PDH時鐘的方法存在兩個缺陷，1消耗邏輯資源較多；2、分頻得到的時鐘頻偏/抖動較大。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種基于查找表的時鐘分頻電路及方法，消耗邏輯資源少，同時保證低頻時鐘具有較好的抖動和飄移特性。本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案為一種基于查找表的時鐘分頻電路，其特征在于它包括時鐘源，用于將輸入時鐘信號fi(l分頻輸出用戶時鐘信號fn ；查找表，用于提供分頻因子，決定門控時鐘和低頻時鐘的輸出頻率，其表項內容和深度由用戶時鐘信號fn和門控時鐘信號f。o決定；索引引擎，用于索引查找表，索引得到的內容用于控制門控時鐘和低頻時鐘；調整狀態機，用于根據外圍電路的頻差信息，調整時鐘計數器的運轉，以提高或者降低低頻時鐘輸出；時鐘計數器，用于在時鐘源、查找表和調整狀態機的驅動下，產生低頻計數；門控時鐘，用于輸出門控時鐘信號f-門控時鐘信號U的頻率由查找表決定；低頻時鐘，用于輸出低頻時鐘信號f。”低頻時鐘信號L的頻率由時鐘計數器產生；其中索引引擎為一組常規狀態機，該狀態機中的所有狀態是互斥的，其狀態的跳變與查找表動態同步。
所述的時鐘源包括鑒相器，用于比較輸入時鐘信號fi(l和反饋時鐘信號的相位關系；環路濾波器，根據鑒相結果產生電壓控制信號，并進行濾波，得到合適的電壓值；壓控振蕩器，根據環路濾波器輸出的電壓值，決定當前壓控振蕩器工作于更高或者更低的頻率上。一種基于查找表的時鐘分頻方法，其特征在于它包括以下步驟1)根據所需門控時鐘信號‘和用戶時鐘信號fn的關系，計算得到查找表的表項內容和深度；2)時鐘源將輸入的時鐘信號fi(l分頻輸出用戶時鐘信號fn ；3)索引引擎在用戶時鐘信號fn的驅動下索引查找表，將索引到的內容獲取門控時鐘信號f。o ；4)把門控時鐘信號fo0做2P分頻，得到標準的低頻時鐘信號& ；5)將外圍電路的頻差信息導入調整狀態機，以調整時鐘計數器的運轉。按上述方案，所述的步驟1)查找表的表項內容和深度由門控時鐘信號f^和用戶時鐘信號計算得到消除fn與&之間的所有公約數，得到整數M和整數N fn/f。Q = Μ/Ν,則查找表的深度為M ；將fn消除M-N個時鐘沿得到f^，且消除的M-N個時鐘沿均勻分布；查找表的表項內容為0或1，具體視&的跳變而定當U每跳變一次，查找表的深度加1，所增加的一位的表項內容設置為跳變后的值。按上述方案，具體將fn消除M-N個時鐘沿得到U的方法為取整(M-N)/N，得到
M-N
整數α =
α、Μ、N組合得到如下的方程
fax + (α + 1)γ =M1,, ,r
X、y均為正整數，根據上式可求得X、y的值；即將M個fn時鐘分為a類和b類a類有χ組，每組包含α個fn時鐘；b類有y 組，每組包含α +1個fn時鐘；a類和b類每組各消除1個時鐘沿，即可得到等價的ff其中a類的χ組和b類的y組均勻間插排列。按上述方案，具體將a類的χ組和b類的y組均勻間插的方法為四舍五入x/y 得到 Round (x/y)；若Round(x ly) = [_xly\,則每Round (x/y)個a類χ組時鐘沿后插入1個b類y組時鐘沿，剩余(x_y X Round (x/y))個a類χ組時鐘沿均勻間插到1個b類y組時鐘沿中；若/Xl = LxZd+ 1，則每Round (x/y)個a類χ組時鐘沿后插入1個b類 y組時鐘沿，剩余Cy-h/^^ 辨x/_y)」)個b類y組時鐘沿均勻間插到1個b類y組時鐘沿中。所述的時鐘計數器包括三種運轉方式，根據調整狀態機按外圍電路頻差作出的調整信息選擇若調整信息為保持標準輸出時鐘，則計數器加1 ；若調整信息為提高時鐘頻率，則計數器加2 ；若調整信息為降低時鐘頻率，則計數器保持不變。本發明的有益效果為1、本發明預先算出用戶時鐘信號和門控時鐘信號的關系存放于查找表中，通過查找表的方式對時鐘進行分頻，有利于增加FPGA資源使用率，提高FPGA性能，同時保證獲取的低頻時鐘具有較好的抖動和飄移特性。2、靈活的配置方式，較好的可移植性，減少設計時間。3、節省邏輯資源，降低設計成本。


圖1為本發明一實施例的總體框圖。圖2為索引引擎狀態機示意圖。圖3為時鐘調整的流程框圖。圖4為時鐘調整模塊示意圖。圖5為本發明一實施例分頻得到的時鐘進行抖動/飄移分析的示意圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例和附圖對本發明進一步闡述。圖1為本發明一實施例的總體框圖，它包括時鐘源，用于將輸入時鐘信號fi(l分頻輸出用戶時鐘信號fn ；查找表，用于提供分頻因子，決定門控時鐘和低頻時鐘的輸出頻率， 其表項內容和深度由用戶時鐘信號fn和門控時鐘信號U決定；索引引擎，用于索引查找表，索引得到的內容用于控制門控時鐘和低頻時鐘；調整狀態機，用于根據外圍電路的頻差信息，調整時鐘計數器的運轉，以提高或者降低低頻時鐘輸出；時鐘計數器，用于在時鐘源、 查找表和調整狀態機的驅動下，產生低頻計數；門控時鐘，用于輸出門控時鐘信號f。o，門控時鐘信號U的頻率由查找表決定；低頻時鐘，用于輸出低頻時鐘信號f。”低頻時鐘信號L 的頻率由時鐘計數器產生；其中索引引擎為一組常規狀態機，該狀態機中的所有狀態是互斥的，其狀態的跳變與查找表動態同步。時鐘源為常規設計，包括鑒相器，用于比較輸入時鐘信號fi(l和反饋時鐘信號的相位關系；環路濾波器，根據鑒相結果產生電壓控制信號，并進行濾波，得到合適的電壓值; 壓控振蕩器，根據環路濾波器輸出的電壓值，決定當前壓控振蕩器工作于更高或者更低的頻率上。基于查找表的時鐘分頻方法包括以下步驟1)根據所需門控時鐘信號和用戶時鐘信號fn的關系，計算得到查找表的表項內容和深度。查找表的設計是本電路的核心，其表項內容和深度由門控時鐘信號U和用戶時鐘信號計算得到消除fn與&之間的所有公約數，得到整數M和整數N fn/f。Q = Μ/Ν,則查找表的深度為M ；將fn消除M-N個時鐘沿得到f^，且消除的M-N個時鐘沿均勻分布；
查找表的表項內容為0或1，具體視&的跳變而定當U每跳變一次，查找表的深度加1，所增加的一位的表項內容設置為跳變后的值。具體將fn消除M-N個時鐘沿得到U的方法為取整(M_N)/N，得到整數α χ、y均為正整數，根據上式可求得X、y的值；即將M個fn時鐘分為a類和b類a類有χ組，每組包含α個fn時鐘；b類有y 組，每組包含α +1個fn時鐘；a類和b類每組各消除1個時鐘沿，即可得到等價的ff其中a類的χ組和b類的y組均勻間插排列。具體將a類的χ組和b類的y組均勻間插的方法為四舍五入x/y 得到 Round (x/y)；若徹_6^/>0 = [1/>)」，則每1 01111(10^)個a類χ組時鐘沿后插入1個b類y組時鐘沿，剩余(x_y X Round (x/y))個a類χ組時鐘沿均勻間插到1個b類y組時鐘沿中；gito^i^x/X^L^d + l +1，則每 Round (x/y)個 a 類 χ 組時鐘沿后插入 1 個 b
類y組時鐘沿，剩余(>)-&/&_6^/>0」)個卜類y組時鐘沿均勻間插到1個b類y組時鐘沿中。例如，將fn = 155. 52M 分頻得到 fo0 = 64*2. 048M 155. 52/(64*2. 048) = 1215/1024 ；即 M = 1215，N = 1024我們從1215 個 155. 52M 周期中扣除 1215-1024 = 191 個 155. 52M cycle，則可以得到等效的64*2. 048M的時鐘。根據公式得到α = 6，χ = 122，y = 69 ；即122*6個155時鐘上，每6個155時鐘扣除一個時鐘沿；其余的的7*69個155 時鐘上，每7個155時鐘扣除一個時鐘沿，可得到等價的64*2. 048M的時鐘6-6-6-6-6-6-6-6-6......6~6-6-7-7~7......7~7~7~7*122*69為了減小抖動，可以把扣掉的時鐘沿盡量分隔開6-6-7-6-6-7-6-6-7......6-6-7-7-7-7-7-7-7-7-7*61也可以把最后的8組7均勻地插到6-6-7的組合中，可以得到更好的抖動指標。6-6-7- . . -6-6-7. . . 6-6-7-7-6-6-7-· . . -6-6-7. . . 6-6-7-7......6-6-7-· . . ~6~
6-7. . . 6-6-7-7......6-6-7-. . . -6-6-7-72)時鐘源將輸入的時鐘信號fi(l分頻輸出用戶時鐘信號fn。fi0頻率確定的條件下，根據低頻時鐘L的要求，合理地調整fn頻率，可以獲取更好的時鐘指標。時鐘指標MTIE的計算方法是一個較復雜的過程，不是本方法關注的重點。對使用本方法進行測試的結果表明，使用本發明方法獲得的時鐘指標完全滿足ITU-T
M α、M、N組合得到如下的方程
=MG. 823中定義的所有標準。3)索引引擎在用戶時鐘信號fn的驅動下索引查找表，將索引到的內容獲取門控時鐘信號f。。。如圖2所示，狀態機的跳板符合P0_P1_P2......Pn_.....Pm-l_Pm_P0_Pl_P2的規
律，即狀態機按某種特定的規律跳變，當狀態機的狀態滿足某一特殊條件時，狀態跳變到初始狀態，隨后按上述同樣的規律跳變。狀態的跳變動態同步于查找表。m的取值即查找表中的M。4)把門控時鐘信號&做2P分頻，得到標準的低頻時鐘信號f。lt)5)將外圍電路的頻差導入調整狀態機，以調整時鐘計數器的運轉。調整狀態機可以按一般的常規方式按外圍電路的頻差信息給時鐘計數器作出調整信息，也可以通過設定狀態點的方式，更精確的調整時鐘計數器。圖3給出了本實施例的時鐘調整的流程框圖，具體說明了如何根據判決點獲得狀態，根據狀態決定如何調整時鐘計數器。調整狀態機設定狀態點，初始狀態為狀態1 ；若處于設定的判決點，當查找結果有效，則進入狀態1 ；當查找結果無效，則進入狀態2。狀態1下，如果判決點保持為當前的判決點，則給出調整信息，否則指示自由運行；狀態2下，如果判決點跳轉為滯后的判決點，則給出調整信息，否則指示自由運行；滯后的判決點在時間上緊緊滯后于前一判決點。設定固定時隙處時鐘使能信號， 當處于設定的判決點時，時鐘使能信號為1說明查找結果有效，時鐘使能信號為0說明查找結果無效。時鐘計數器包括三種運轉方式，根據調整狀態機按外圍電路頻差作出的調整信息選擇若調整信息為保持標準輸出時鐘，則計數器加1 ；若調整信息為提高時鐘頻率，則計數器加2 ；若調整信息為降低時鐘頻率，則計數器保持不變。圖5為本發明一實施例分頻得到的時鐘進行抖動/飄移分析的示意圖，從圖中可知，根據抖動和飄移的計算方法可以推算，基于查找表的時鐘分頻方法獲取的低頻時鐘具有較好的抖動和飄移特性。
權利要求
1.一種基于查找表的時鐘分頻電路，其特征在于它包括 時鐘源，用于將輸入時鐘信號 4分頻輸出用戶時鐘信號左；查找表，用于提供分頻因子，決定門控時鐘和低頻時鐘的輸出頻率，其表項內容和深度由用戶時鐘信號石和門控時鐘信號決定；索引引擎，用于索引查找表，索引得到的內容用于控制門控時鐘和低頻時鐘； 調整狀態機，用于根據外圍電路的頻差信息，調整時鐘計數器的運轉，以提高或者降低低頻時鐘輸出；時鐘計數器，用于在時鐘源、查找表和調整狀態機的驅動下，產生低頻計數； 門控時鐘，用于輸出門控時鐘信號厶，門控時鐘信號厶的頻率由查找表決定；低頻時鐘，用于輸出低頻時鐘信號X1，低頻時鐘信號X1的頻率由時鐘計數器產生；其中索引引擎為一組常規狀態機，該狀態機中的所有狀態是互斥的，其狀態的跳變與查找表動態同步。
2.根據權利要求1所述的基于查找表的時鐘分頻電路，其特征在于所述的時鐘源包括鑒相器，用于比較輸入時鐘信號和反饋時鐘信號的相位關系；環路濾波器，根據鑒相結果產生電壓控制信號，并進行濾波，得到合適的電壓值； 壓控振蕩器，根據環路濾波器輸出的電壓值，決定當前壓控振蕩器工作于更高或者更低的頻率上。
3.一種基于查找表的時鐘分頻方法，其特征在于它包括以下步驟1)根據所需門控時鐘信號/Λ和用戶時鐘信號1的關系，計算得到查找表的表項內容和深度；2)時鐘源將輸入的時鐘信號么分頻輸出用戶時鐘信號；3)索引引擎在用戶時鐘信號左的驅動下索引查找表，將索引到的內容獲取門控時鐘信號Λο ；4)把門控時鐘信號Xd做分頻，得到標準的低頻時鐘信號Jk；5)將外圍電路的頻差信息導入調整狀態機，以調整時鐘計數器的運轉。
4.根據權利要求3所述的基于查找表的時鐘分頻方法，其特征在于所述的步驟1)查找表的表項內容和深度由門控時鐘信號和用戶時鐘信號兌計算得到 消除^與Λο之間的所有公約數，得到整數M和整數N ▲ / ^ = MiN,則查找表的深度為M ；將/u消除M-N個時鐘沿得到J勸,且消除的M-N個時鐘沿均勻分布；查找表的表項內容為0或1，具體視的跳變而定當Xn每跳變一次，查找表的深度加1，所增加的一位的表項內容設置為跳變后的值。
5.根據權利要求4所述的基于查找表的時鐘分頻方法，其特征在于具體將^消除M-N個時鐘沿得到/λ的方法為取整(M-N) /N，得到整數α
6.根據權利要求5所述的基于查找表的時鐘分頻方法，其特征在于具體將a類的$組和b類的·>'組均勻間插的方法為四舍五入得到
7.根據權利要求3至6中任意一項所述的基于查找表的時鐘分頻方法，其特征在于 所述的時鐘計數器包括三種運轉方式，根據調整狀態機對外圍電路頻差作出的調整信息選擇若調整信息為保持標準輸出時鐘，則計數器加1 ；若調整信息為提高時鐘頻率，則計數器加2 ；若調整信息為降低時鐘頻率，則計數器保持不變。
全文摘要
本發明提供一種基于查找表的時鐘分頻電路及方法，包括時鐘源，用于將輸入時鐘信號分頻輸出用戶時鐘信號；查找表，用于提供分頻因子，決定門控時鐘和低頻時鐘的輸出頻率；索引引擎，用于索引查找表；調整狀態機，用于根據外圍電路的頻差信息，調整時鐘計數器的運轉；時鐘計數器，用于在時鐘源、查找表和調整狀態機的驅動下，產生低頻計數；門控時鐘，用于輸出門控時鐘信號；低頻時鐘，用于輸出低頻時鐘信號，低頻時鐘信號的頻率由時鐘計數器產生。本發明預先算出用戶時鐘信號和門控時鐘信號的關系存放于查找表中，有利于增加FPGA資源使用率，提高FPGA性能，同時保證低頻時鐘具有較好的抖動和飄移特性。
文檔編號H04J3/06GK102523064SQ20111036284
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者盧業, 許進 申請人:武漢日電光通信工業有限公司