Восстановление часов

При последовательной передаче цифровых данных восстановление тактового сигнала — это процесс извлечения информации о синхронизации из самого потока последовательных данных, позволяющий точно определить синхронизацию данных в потоке без отдельной тактовой информации. Он широко используется в передаче данных ; аналогичная концепция, используемая в аналоговых системах, таких как цветное телевидение , известна как восстановление несущей .

Основная концепция [ править ]

Последовательные данные обычно передаются в виде серии импульсов с четко определенными временными ограничениями. Это представляет проблему для принимающей стороны; если их собственные локальные часы не синхронизированы точно с передатчиком, они могут произвести выборку сигнала в неподходящее время и тем самым неправильно декодировать сигнал. Эту проблему можно решить с помощью чрезвычайно точных и стабильных часов, таких как атомные часы , но они дороги и сложны. Более распространенные недорогие системы часов, такие как кварцевые генераторы , достаточно точны для этой задачи в течение коротких периодов времени, но в течение минут или часов дрейф в этих системах сделает время слишком неточным для большинства задач.

Восстановление тактового сигнала решает эту проблему путем внедрения тактовой информации в поток данных, что позволяет определить тактовую синхронизацию передатчика. Обычно это принимает форму коротких сигналов, вставленных в данные, которые можно легко увидеть, а затем использовать в системе фазовой автоподстройки частоты или аналогичном регулируемом генераторе для создания локального тактового сигнала, который можно использовать для синхронизации сигнала в периоды между тактовыми импульсами. сигналы. Преимущество этого подхода состоит в том, что небольшой дрейф часов передатчика можно компенсировать, поскольку приемник всегда будет соответствовать ему в определенных пределах.

Этот термин чаще всего используется для описания передачи цифровых данных, и в этом случае весь сигнал пригоден для восстановления тактовой частоты. Например, в случае ранних модемов со скоростью 300 бит/с синхронизация сигнала восстанавливалась по переходам между двумя частотами, используемыми для представления двоичных 1 и 0. Поскольку некоторые данные могли не иметь переходов, длинная строка нулей например, к сигналу добавляются дополнительные биты: стартовый и стоповый биты. Это гарантирует наличие как минимум двух переходов каждый раз. 1/30 секунды , чего достаточно, чтобы приемник мог точно настроить гетеродин.

Базовая концепция также используется в более широком спектре областей, включая нецифровые применения. Например, новаторский беспроводной комплект номер 10 с аналоговой импульсно-кодовой модуляцией использовал восстановление тактовой частоты для правильной выборки передаваемых им голосовых сигналов (PCM).

Другой пример этой концепции используется в системах цветного телевидения . Информация о цвете передается на очень специфической частоте, которая может перемещаться от станции к станции. Чтобы приемники точно соответствовали собственной несущей частоте передатчика , передатчик посылает короткий пакет сигнала в неиспользуемое пространство перед началом строки сканирования. Этот сигнал цветовой синхронизации используется для подачи на локальный генератор в телевизоре, который затем использует этот локальный сигнал для декодирования информации о цвете в строке. В этих примерах эта концепция известна как восстановление несущей .

Подробности [ править ]

Некоторые потоки цифровых данных, особенно потоки высокоскоростных последовательных данных (такие как необработанный поток данных с магнитной головки дисковода и сетей последовательной связи, таких как Ethernet ), передаются без сопутствующего тактового сигнала . Приемник генерирует тактовый сигнал на основе приблизительной опорной частоты, а затем выравнивает его по фазе с переходами в потоке данных с помощью системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Это один из методов выполнения процесса, широко известного как восстановление часов и данных (CDR). Другие методы включают использование системы автоподстройки задержки и передискретизацию потока данных. ^[1]

Передискретизацию можно выполнить вслепую, используя несколько фаз автономного тактового генератора для создания нескольких выборок входного сигнала, а затем выбирая лучший образец. Или можно использовать счетчик, который приводится в действие тактовым сигналом выборки, работающим с частотой, кратной частоте потока данных, причем счетчик сбрасывается при каждом переходе потока данных, и поток данных дискретизируется с некоторым заранее определенным счетчиком. Эти два типа передискретизации иногда называют пространственными и временными соответственно. ^{[ нужна ссылка ]} Наилучший коэффициент ошибок по битам (BER) получается, когда выборки берутся как можно дальше от любых переходов потока данных. ^[2] В то время как в большинстве схем передискретизации, использующих счетчик, используется тактовая частота дискретизации, которая в четное кратно частоте потока данных, нечетное кратное число лучше позволяет создать точку выборки дальше от любых переходов потока данных и может делать это почти на половине частоты дизайн с использованием четного кратного. В CDR типа передискретизации сигнал, используемый для выборки данных, может использоваться в качестве восстановленного тактового сигнала.

Восстановление тактового сигнала очень тесно связано с проблемой восстановления несущей , которая представляет собой процесс воссоздания версии несущей с фазовой синхронизацией, когда с подавлением несущей используется схема модуляции . Эти проблемы были впервые рассмотрены в статье 1956 года, в которой был представлен метод восстановления тактового сигнала, ныне известный как цикл Костаса . ^[3] С тех пор было разработано множество дополнительных методов.

Чтобы эта схема работала, поток данных должен переходить достаточно часто, чтобы корректировать любой дрейф в генераторе ФАПЧ. Предел времени, в течение которого устройство восстановления тактовой частоты может работать без перехода, известен как его спецификация максимального количества последовательных идентичных цифр (CID). своего рода сигнал самосинхронизации Чтобы обеспечить частые переходы, используется , часто кодирование с ограничением длины серии ; Кодирование 8b/10b очень распространено, тогда как манчестерское кодирование служит той же цели в старых версиях 802.3 локальных сетей .

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ Се, Минг-та; Собельман, Джеральд (декабрь 2008 г.). «Архитектуры для мультигигабитных проводных часов и восстановления данных». Журнал IEEE Circuits and Systems . 8 (4). Институт инженеров электротехники и электроники: 45–57. дои : 10.1109/MCAS.2008.930152 . S2CID 15083473 .
^ администратор (август 2015 г.). «Руководство для начинающих по восстановлению данных часов» . Стрелочные устройства. Архивировано из оригинала 22 сентября 2016 г. Проверено 7 сентября 2016 г.
^ Костас, JP (1956). «Синхронные коммуникации». Труды ИРЭ . 44 (12). IEEE: 1713–1718. дои : 10.1109/JRPROC.1956.275063 .

Эта статья, посвященная электронике, незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее .

[1] Се, Минг-та; Собельман, Джеральд (декабрь 2008 г.). «Архитектуры для мультигигабитных проводных часов и восстановления данных». Журнал IEEE Circuits and Systems . 8 (4). Институт инженеров электротехники и электроники: 45–57. дои : 10.1109/MCAS.2008.930152 . S2CID 15083473 .

[2] администратор (август 2015 г.). «Руководство для начинающих по восстановлению данных часов» . Стрелочные устройства. Архивировано из оригинала 22 сентября 2016 г. Проверено 7 сентября 2016 г.

[3] Костас, JP (1956). «Синхронные коммуникации». Труды ИРЭ . 44 (12). IEEE: 1713–1718. дои : 10.1109/JRPROC.1956.275063 .

[1]

[2]

[3]