0 引言
    信息技術(shù)的迅猛發(fā)展使得人們對數(shù)據(jù)傳輸交換的速度要求越來越高，因此，各種高速接口總線規(guī)范應(yīng)運而生，從USBl．1到USB3．0，從PATA到SATA，從PCI總線到PCI—Express，其接口總線速度也由最初的Kbyte發(fā)展到現(xiàn)在的上G比特。在傳統(tǒng)的并行總線中，為了劃分字節(jié)，通常采用時鐘與多位數(shù)據(jù)并行傳輸?shù)姆绞?，這在當(dāng)時數(shù)據(jù)率相對比較低的情況下，可以達到很好的效果，然而，隨著數(shù)據(jù)傳輸率的越來越高，這種并行傳輸?shù)姆绞接龅搅穗y以克服的困難。這是由于存在著時鐘畸變和路徑延時，使得到達接收端的數(shù)據(jù)位之間的數(shù)據(jù)與時鐘之間難以對齊，這樣，接收方就很難正確地接收數(shù)據(jù)。為此，在高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，串行總線越來越顯露出它的優(yōu)勢來。高速串行總線多采用嵌入式時鐘來獲得上G的帶寬，并通過接收方的時鐘恢復(fù)電路從接收的數(shù)據(jù)里恢復(fù)出同步時鐘，實際應(yīng)用中，通常有兩種方法：
    第一種是時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)法，該方法是根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)相位的變化來調(diào)整本地PLL或DLL電路的時鐘輸出相位，或根據(jù)本地時鐘相位來調(diào)整接收到的數(shù)據(jù)的相位的方法來達到數(shù)據(jù)與時鐘的同步，然后對數(shù)據(jù)進行l(wèi)：1同步采樣；
    第二種是過采樣技術(shù)，這種方法是在接收端用一個高速的時鐘對輸入數(shù)據(jù)進行過采樣，一般來說，這個高速時鐘的頻率是原發(fā)送端時鐘的3倍以上，這樣過采樣后的數(shù)據(jù)經(jīng)過后繼的數(shù)據(jù)處理電路就可以去除冗余的比特，從而恢復(fù)出實際需要的比特信息。
    這兩種方法各有優(yōu)點和缺點，其中CDR方法由于不需要多倍于系統(tǒng)時鐘的采樣時鐘，因而系統(tǒng)功耗比較小，數(shù)字電路邏輯比較簡單，然而模擬模塊設(shè)計復(fù)雜，數(shù)據(jù)同步所需時間比較長。相對于CDR來說，過采樣技術(shù)數(shù)據(jù)恢復(fù)速度快，模擬電路設(shè)計簡單，但是，數(shù)據(jù)后繼處理電路相對復(fù)雜，功耗也較大。那么，有沒有什么方法可以綜合這兩種方法的優(yōu)點呢?本文提出了一種新的高速串行數(shù)據(jù)恢復(fù)方法。

1 系統(tǒng)設(shè)計
1．1 系統(tǒng)總體電路
    圖1是一種新型高速串行數(shù)據(jù)恢復(fù)電路框圖，此方法使用反饋通路來使本地時鐘能快速鎖定數(shù)據(jù)，該方法的抗干擾性尤其突出。

    由于發(fā)生系統(tǒng)和接收系統(tǒng)的系統(tǒng)時鐘間存在著誤差，再加上傳輸通路上介質(zhì)以及接收器本身的影響，使得信號的跳變沿存在嚴重的抖動和偏移，這樣，接收端就必然需要一個本地時鐘和異步數(shù)據(jù)同步的過程，本文采用的方法就是把輸入信號通過PLL鎖定延時器件的時延特性，將數(shù)據(jù)分為三路，每一路比上一路延時四分之一個時鐘周期，然后使此三路信號分別被本地時鐘采樣并比較，以從中得出中路信號與本地時鐘相位之間的延時是超前還是滯后，之后再將超前滯后信息經(jīng)過譯碼邏輯變?yōu)橐淮?比特的控制信號給延時邏輯來調(diào)整時延，最終使數(shù)據(jù)與本地時鐘同步。
    [!--empirenews.page--]圖1中的延時邏輯電路可將串行輸入信號serial_in經(jīng)過延時邏輯后，得到三路具有不同時延的輸入信號；而采樣比較電路則可對此三路信號分別用本地時鐘進行采樣，并通過比較三組數(shù)據(jù)來得出原輸入信號與地時鐘之間的相位關(guān)系；相位譯碼電路可將前面得到的信號與本地時鐘的相位關(guān)系進行譯碼，并產(chǎn)生一個8比特的延時控制信號給延時邏輯電路，最后通過輸出電路將鎖定的ssl4信號和PLL電路參數(shù)的時鐘同時輸出。
    該電路設(shè)計沒有用PLL來產(chǎn)生一個4倍于發(fā)送端時鐘頻率的高速時鐘信號，而且此電路數(shù)據(jù)恢復(fù)速度快，數(shù)據(jù)即來即收，整個電路包括后繼功能電路都采用同一個時鐘，這使得系統(tǒng)電路設(shè)計十分簡單、高效而且易于實現(xiàn)。
1．2 鎖相環(huán)及延時邏輯電路
    一般的過采樣時鐘恢復(fù)設(shè)計都是用模擬鎖相環(huán)來產(chǎn)生4倍于發(fā)送端系統(tǒng)時鐘頻率的高頻時鐘并以此來對數(shù)據(jù)進行過采樣，這樣功耗大不說，其模擬和相應(yīng)的數(shù)字模塊設(shè)計也比較復(fù)雜。而本文設(shè)計的反饋調(diào)節(jié)電路，利用的是鎖相環(huán)里壓控振蕩器中的延時單元電路的延時能力，這既沒有增加鎖相環(huán)的設(shè)計難度，又簡化了數(shù)字處理邏輯，而且降低了系統(tǒng)功耗，其鎖相環(huán)及其壓控振蕩器的延時單元結(jié)構(gòu)框圖如圖2和圖3所示，圖4為其延時邏輯電路，其中數(shù)據(jù)首先經(jīng)過此延時邏輯電路后分為三路，再通過零延時邏輯電路、四分之一延時邏輯電路、二分之一延時邏輯電路得到三路相差四分之一延時的信號。其信號之間的延時關(guān)系如圖5所示。

[!--empirenews.page--]1．3 采樣比較電路
    采樣比較電路的時鐘可由鎖相環(huán)提供，其輸入為延時邏輯電路的輸出ssll、ssl4、ssl2等三路信號(如圖5所示)，時鐘每隔一個周期對這三路信號采樣一次并得到一組ss值，其中ss的值若為00l或110，則表示時鐘相對于信號超前，此時超前指示信號early置高；若ss的值為011或100，則表示時鐘相對于信號滯后，滯后指示信號delay置高；若ss的值為000或111，則表示時鐘與信號同步。ss為010或101的情況則不會出現(xiàn)，在時鐘的間隔周期內(nèi)，early和delay標識都被置低。early和delay標識輸出可給decoder模塊進行后續(xù)處理。
1．4 相位譯碼電路
    相位譯碼電路的核心部件是一個3比特的計數(shù)器，其計數(shù)器初始值為4，每當(dāng)檢測到early信號為高時，計數(shù)器減一；當(dāng)檢測到delay信號為低時，計數(shù)器加一；其它情況，計數(shù)器保持不變。然后便可對此計數(shù)器進行譯碼以得到一組8比特的控制字作為延時單元邏輯的輸出。此后，經(jīng)過反饋后的延時邏輯單元輸出的ssl4信號將快速與鎖相環(huán)鎖定，并把同步后的信號和時鐘作為CDR的輸出送給后繼邏輯。

2 仿真分析
    作者對該電路的設(shè)計進行了仿真分析，結(jié)果顯示，在計數(shù)器s的初始值為4時，經(jīng)過兩次early的調(diào)節(jié)后，s變?yōu)?，此時的信號和時鐘達到同步。經(jīng)過多次以不同輸入數(shù)據(jù)及不同輸入數(shù)據(jù)的延時仿真證明，本方案能在小于8個系統(tǒng)時鐘內(nèi)達到同步。

3 結(jié)束語
    本文提出了一個用于高速串行總線接口的時鐘恢復(fù)電路，它采用改進的過采樣技術(shù)，并配合已有的鎖相環(huán)資源和反饋調(diào)節(jié)技術(shù)來實現(xiàn)信號與本地時鐘的同步。該電路結(jié)構(gòu)簡單、面積小、功耗低，可用于USB2．0接口電路的設(shè)計中。芯片可采用中芯國際0．13納米CMOS工藝投片生產(chǎn)。