超取样资料回复装置及方法 【技术领域】
本发明是有关使用一种超取样技术来重建资料，特别是关于选取适当的相位或样本来重建数据。
背景技术
现今许多的电子装置，例如数字信号处理器，为了有正确的操作需要精确的时序。典型地，由石英振荡器所产生的主时脉提供一时序信号供作一个电路或装置中的各个组件的脉动，一第二或仆时脉信号也被产生，当这些时脉信号传输通过电路时，这些信号可能被扭斜，时脉扭斜在电路的操作上有不好的效应，例如，当取样一序列资料串时，一扭斜的时脉信号会取样该资料串非与真正的时脉同相位的部分，亦即，取样时序不吻合该实际资料的对应时间，这可能引起不正确的资料被重生或回复。时脉扭斜可能导因于电阻及电容(RC)传输延迟变化、组件的变化及局部地负载变化。这些可能包括携载该时脉信号的导线的长度及/或密度变化。
许多的解决方案被提出并用来减少在重生资料时的时脉扭斜的影响。一种此类的解决方案是使用一多相位时脉信号在高于资料速率的频率超取样该序列资料串，取样发生在时脉的每一相，因此，超取样在每一个数据区间提供倍数的样本。有些样本将因为时脉扭斜而引起错误，然而其它的样本将是该资料的正确样本。为每个资料区间选择适当的取样将达成正确的回复资料信号。已知不同的选取设计，例如，Lee等人所提出以“高速扭斜不敏感的多信道数据传输系统及方法”为标题的美国专利第5,905,769号及以“多相位资料/时脉回复电路及其实现方法”为标题的美国专利第6,266,799号，二者皆一并作为前案参考。
然而，这些设计是使用固定的临界值以决定时脉或资料取样的相位。既然序列资料串及时脉扭斜二者在整个时间及操作期间都会有所改变，固定的临界值可能无法允许对每一种情况有最佳的设定。这个问题会降低电路在这些情况上的性能表现。
因此，为了克服上述习知的固定临界值技术的缺点，一种从超取样序列资料串准确地回复资料的方法乃为所冀。
【发明内容】
根据本发明的特点，一种使用超取样技术的装置及方法被提出，其中样本的选取是基于侦测资料转变及决定对应较多数转变的相位或取样。这多数决是使用具有可调适临界值的计数器来制定。结果，在各种情况下相位及取样可以被正确地选择来精确地回复资料。
根据本发明的特点，一种利用超取样技术的开回路资料回复装置及方法，其计算资料转变的发生及决定适当的取样时脉相位。使用具有可调整临界值之计数器来监视相位转变的发生，以便一相位选取电路决定一较佳的相位来回复取样资料，该计数器的临界值参照相位选取电路所决定的较佳相位来做更进一步的调整。藉由调整计数器的临界值，计数器的低通效应可以被最佳化地决定，该计数器的低通效应可以被视为一数字回路滤波器。
在一实施例中，一资料回复系统包括一资料取样器以超取样一输入的序列资料串，该取样是在一速率受控于具有一频率高于资料速率的多相位时脉。在第一实施例中，该时脉是一12相位时脉，具有一频率为2.5倍的资料速率，在第二实施例中，该时脉是一20相位时脉，具有一频率为2倍的资料速率，因此，在每一资料区间，数据取样器输出许多样本。再者，根据本发明的特点，这些相位被分成多个群组，群组的数目等于每个资料区间或资料位取样的数目，例如，在第一个实施例中，假如，在一12相位时脉循环中，一资料框具有10个资料位，则每个位或资料区间将会有三个取样，结果在每个位被三倍超取样及三个取样的群组(总共12个取样)，第一群组包括对应相位3、6、9及12的取样，第二群组包括对应相位1、4、7及10的取样，以及第三群组包括对应相位2、5、8及11的取样。在第二个施实例中，假如具有10个资料位的资料框在一20相位时脉循环中，则每个位会有四个取样，结果每一位被四倍超取样及四个取样的群组(即20个取样数)。
同样地，在每一个群组中取样的数目等于在时脉周期中资料区间的数目，因而，在每一群组中有一取样对应每一资料区间。因此，每一个群组包括一足够的取样数目，所以，假如被调整时，这些取样可被用来回复在一时脉周期期间的资料串。
资料取样器的输出是耦合到相位决定电路，该相位决定电路侦测资料转换。在一个实施例中，每一取样与其邻近且连续的取样被用来实行一互斥或(XOR)操作以产生转换值，而在时脉周期中最后一个取样与下一个时脉周期中第一个取样实行XOR的操作。这些转换值接着被分成许多群组，群组的数目等于相数除以每个位取样的数目。例如，在第一个实施例中，假如一资料框具有10个资料位，每个位或区间将会有三个取样，表示每一位被三倍超取样且产生四个群组。在第二个实施例中，假如，资料框具有10个位，每个位会有4个取样，表示每个位被4倍超取样且产生5个群组，这些被分组的转换值被计数来决定哪个取样或相位的群组对应最高的转换计数。在一个实施例中，当一个结果表示一资料转换时，增加一个计数，而在另一个实施例中，当任二个相邻结果的其中之一表示一个资料转换时，增加一个计数。当一计数器所对应的群组被增加，则下一个时脉循环的取样紧接着被处理，持续地处理直到一计数器再达到临界值，表示取样或相数的群组所对应的计数器被选择，根据不同的实施例，临界值及选择的标准可以被改变。
在一个实施例中，有三个计数器，每一个计数器具有二个临界值，最初，第一临界值被设定为第二临界值的二进制值向右平移一位，例如，假设第二临界值被设为13，其二进制值为1101，所以第一临界值将被设为4，其二进制值为0100。取样的群组的选择是第一计数器在任何其它计数器达到第一临界值之前达到第二临界值。换言之，取样或相数的群组对应于第一计数器将被使用。当取样的群组被选择，计数器会被清除，且该第一临界值会被向右平移一位(例如，0100→0010)，然而，假如两个计数器在任一计数器达到第二临界值之前达到第一临界值，那么取样群组的选取是依据那一个计数器最先达到第一临界值，当群组被选取时，计数器会被清除。假如电路改变相位(即，改变取样群组)三个一组，这个过程随着第一临界值的重置会被重新开始。
相位决定电路的输出，其包括被选取之取样或相位的群组的信息，被耦合到多工器电路，从数据取样器所产生的取样也同样输入到多工器电路，利用从相位决定电路所输出的信息，多工器电路从资料取样器选取适当的取样群组并输出这些取样，多工器的输出是被回复的资料。
【附图说明】
图1是根据本发明一个实施例的开回路资料回复系统的方块图；
图2是根据第一实施例的序列资料串的一部分与一12相位时脉的相位的示例；
图3是根据第二实施例的序列资料串的一部份与一20相位时脉的相位的示例；
图4是图1的系统根据一实施例的更详细的方块图；及
图5是一流程图，以说明根据本发明的一个资料回复方法。
图式标号说明
100资料回复系统 110数据取样电路
120相位决定电路 130多工器电路
400转换侦测电路 410多数决电路
420计数器 430计数器
440计数器 450相位选取电路
460保护电路
500设OF为CNST；设HL为CNST向右平移一位
510是否输入取样 515设定所有CNTi为0(i＝1到M)
520输入及处理取样X1到XN以找出任一决定的CNTi
525决定之CNTi增量 530是否溢流(CNTi＝OF)
535选取该溢流CNTi的取样或相位
540HL向右平移一位
545选取该二高限制CNTi中最好的一个之取样或相位
550三个连续取样是否发生变化
555重置所有的HLi等于CNST向右平移一位
560是否有二个到达高限制临界值(CNTi＝HL)
具体实施方法
图1是根据本发明的一个实施例的开回路资料回复系统100的方块图，该系统100包括一资料取样电路110、一相位决定电路120及一多工器电路130，该数据取样电路110是一传统的取样器，其根据一输入时脉信号来取样一输入序列资料串，如同习知技术，在每一资料区间或位中具有多个相位的多相位时脉信号会超取样该输入序列资料串。
图2是根据本发明的第一实施例展示一序列资料串的一部分与一多相位时脉的相位的示例，取样是发生在该多相位时脉的每一个相位。在图2中，该多相位时脉是一12相位时脉，该序列资料串的每一资料框具有10个位，而且该多相位时脉频率是该资料速率的2.5倍(亦即，该资料框是在该多相位时脉的2.5个时脉周期期间被取样)，因此，在多相位时脉的每一个时脉周期的期间，序列资料串的10个位中的4个被取样，而且每一个位被取样三次(在每一个相位)以获得三倍超取样。在图2底部的箭头表示多相位时脉的相位及对序列资料串的位的取样点。如图所示，多相位时脉的每一个时脉周期有12个相位或取样。
图3是根据第二实施例展示序列资料串的一部分及多相位时脉的相位的示例，在此实施例中，该多相位时脉是一20相位时脉，该序列资料串的每一个资料框具有10个位(如同前面的示例)，而且多相位时脉频率是该资料速率的两倍，在本实施例中，资料框是在多相位时脉的两个时脉周期期间被取样，所以在多相位时脉的每一个时脉周期中有5个位被取样。序列资料串的每一个位被取样4次以获得4倍超取样。在图3中底部的箭头表示多相位时脉的相位及序列资料串的位的取样点(只有多相位时脉的第一时脉周期的相位或取样被显示)，如图所示，多相位时脉的每一个时脉周期有20个相位或取样。
由于时脉扭斜，某些取样可能与所要的资料位不同相，因此，根据本发明，适当选取用来回复资料的取样或相位，对于获得一正确的重生是关键性的。
再参照图1，资料取样器110的输出是对应多相位时脉的一个时脉周期的许多取样，因此，从资料取样器110输出的取样在图2的实施例将是12个取样，而在图3的实施例将是20个取样。此资料取样器110的输出被耦合到相位决定电路120及多工器电路130的输入。资料取样器110的输出可被设置为多个取样对应一资料框(代替多相位时脉的时脉循环)，所以资料取样器输出30个取样给图2的实施例，而40个取样给图3的实施例。在任一个实施例中，相位决定电路120实行相位的选择以回复数据。多工器电路130利用这个信息从资料取样器110来选取所需要的取样。
图4是根据一个实施例中系统100的更详细的方块图，相数决定电路120包括一转换侦测电路400、一多数决电路410、计数器420、430及440、以及一相位选取电路450。在某些实施例中，相数决定电路120也包括一保护电路460。
转换侦测电路400侦测在来自数据取样器110的取样X1到XN之间的转换，其中，N是在多相位时脉的周期中取样的数目。在一实施例中，转换侦测电路400包括多个双输入XOR闸，其中两个输入(每一个闸的)是来自资料取样器的两个相邻的取样，Xi及Xi+1当两个相邻取样改变相位(或转换)，例如，从低到高或从高到低，该XOR闸输出一高信号，当没有改变时，该XOR闸的输出为一低信号，因此，该XOR闸由输出一”1”或高信号以侦测资转换。在第一个实施例中，多相位时脉的每个周期具有12个取样，该转换侦测电路400会输出12个值，该最后一个值为第12个取样与下一个多相位时脉的周期的第一个取样(相位)的XOR值。在第二个实施例中，多相位时脉的每个周期具有20个取样，该转换侦测电路400会输出20个值，该最后一个值为第20个取样与下一个多相位时脉的周期的第一个取样(相位)的XOR值。
从转换侦测电路400所输出的转换值，Y1到YN，被输入到多数决电路410，其决定Y1到YN输入计数器420、430或440。在一个实施例中，如上述之12相位时脉，值Y1到Y12是依序地被分成4个群组Gj，其中j等于1到4，且每一个Gj具有三个连续的值Y3(j-1)+1、Y3(j-1)+2及Y3(j-1)+3。在任一个实施例中，其它群组的数目可能被使用，而j可能表示其它的值，因此，在被说明的实施例中会有四个群组，每个群组有三个值，以每个群组Gj来说，假如Y3(j-1)+1的值是高的，则第一累积器A被增加一，假如Y3(j-1)+2的值是高的，则第二累积器B被增加一，而假如Y3(j-1)+3的值是高的，则第三累积器C被增加一。
假如累积器A最后累积高于或等于二，那么计数器440会被增加，在此计数器440对应12相位时脉的相位或取样3、6、9及12。假如累积器B最终累积高于或等于二，那么计数器430会被增加，在此计数器430对应12相位时脉的相位或取样1、4、7及10。假如累积器C最后累积高于或等于二，那么计数器420会被增加，在此计数器420对应12相位时脉的相位或取样2、5、8及11。因此，以输出值Y1到YN的设定来说，该多数决电路410可能只有增加三个计数器440、430及420中的一个或可能增加三个计数器440、430及420中的二个。
在一个被修改的实施例中，为了输出值Y1到YN的设定，该多数决电路410被设定成只有增加三个计数器440、430及420中的一个，如下所述：假如累积器A在最终具有最高的累积给四个群组Gj，那么计数器440增加；假如累积器B在最终具有最高的累积，那么计数器430增加；假如累积器C在最终具有最高的累积，那么计数器420增加。
在另一个例子中，为了如上所述的20相位时脉，值Y1到YN依序被分到五个群组Gj，在此j等于1到5，且每一个Gj具有四个连续值Y4(j-1)+1、Y4(j-1)+2、Y4(j-1)+3及Y4(j-1)+4。在任一实施例中，其它群组的数目可能被使用，而j可能表示其它的值。因此，在所说明的实施例会有五个群组，每个群组有四个值。就每个群组来说，假如Y4(j-1)+1或Y4(j-1)+2的值是高的，则第一累积器A会被增加一，假如Y4(j-1)+2或Y4(j-1)+3的值是高的，则第二累积器B会被增加一，假如Y4(j-1)+3或Y4(j-1)+4的值是高的，则第三累积器C会被增加一。假如累积器A在最终具有最高的累积，那么计数器440增加，其中该计数器440所对应的相位或取样为4、8、12、16及20。假如累积器B在最终具有最高的累积，那么计数器430增加，其中该计数器430所对应的相位或取样为1、5、9、13及17。假如累积器C在最终具有最高的累积，那么计数器420增加，其中该计数器420所对应的相位或取样为2、6、10、14及18，而3、7、11、15及19也同样。因此，为了输出值Y1到YN，该多数决电路410只会增加三个计数器440、430及420中的一个。在此实施例中，三个计数器被用来记录取样的四个群组的转换，所以一计数器所对应之相位多于其它计数器。在这个方法中，该电路仍然可以藉由观察高限制临界值HLi(图5)的次序动作以会聚取样的正确群组。
因此，其陈述了如何使用从资料取样器取样X1到XN，并藉由转换侦测电路依序地产生值Y1到YN，及该多数决电路410如何依据值Y1到YN增加计数器420、430及440。
接着参照图5，现在随着参照图4来陈述本发明的实行方法。在步骤500，每一个计数器420、430及440的一高限制临界值HLi及一溢流(overflow)临界值OFi被设定，其中i＝1到M，在本说明实施例中，M等于3，该些临界值在后面会更详细地说明，该方法接着遇上无论取样是应该被输入或产生的取样决定步骤510，一肯定的决定使得方法到步骤515，在此所有计数器420、430及440会被设定为0。在步骤520，从资料取样器取样X1到XN的设定被用来产生转换值Y1到YN给接下来具有最高累积数之累积器的决定。在步骤525，该计数器对应具有最高累积数之累积器被增加。
依照本发明至今所陈述的，该计数器420、430及440的增加(改变)值会被传送到相位选取电路450，其会产生不同的计数。如同目前的例子，每一个计数器420、430及440具有二个计数临界值，这两个临界值也会被参照当作一高限制临界值(HL)及一溢流临界值(OF)。每一个计数器的高限制临界值不一定相同。然而，在这个用以说明的实施例中，所有计数器的高限制及溢流临界值都是相同的。
在步骤500，该高限制临界值最初被设定为二进制值，其值等于溢流临界值的值向右平移一位。换言之，其被设定成为在溢流临界值的二进制中第二个最高位(most significant bit；MSB)。例如，假如溢流临界值被设定为13，其二进制为1101，那么该高限制临界值会被设定为4，其二进制为0100，该溢流临界值可根据电路的需要来设定，注意溢流临界值的实际值之设定，例如，其可以被设定为对应设计参数。在某些例子中，溢流临界值的值可以被硬件所限定，在一3位计数器的例子中，该溢流临界值为8，这里8＝23，然而，其可能当作一种溢流临界值可被程序化的计数器，这个可以有助于在芯片内的除错。在另一个例子中，电路本身可以藉由调整高限制临界值来改变其低通效应。
参照步骤530，这个方法决定无论是在步骤525中计数器的增加具有结果在任何溢流情况。特别的是，在之前所陈述的12相位时脉的实施例中，假如计数器420在计数器430及440达到高限制临界值之前达到溢流临界值，那么相位或取样2、5、8及11被选取，计数器430在计数器420及440达到高限制临界值之前达到溢流临界值，那么相位或取样1、4、7及10被选取，假如计数器440在计数器420及430到达高限制临界值之前到达溢流临界值，相位或取样3、6、9及12被选取。
在步骤535，上述情况下使用一相位选取电路450以选取一个相位(对应于取样)，及该多工器130的输入从相位选取电路450选取相位。该多工器130接着输出该取样以回复资料，其中，该取样对应来自取样X1到XN的相位。在步骤540中，该高限制临界值被往右平移一位(例如，0100→0010)，且该方法可以回到步骤510(在步骤550之后)，那里计数器420、430及440被重置在取样X1到XN的另一设定的处理之前。
然而，假如在计数器420、430及440中两个或两个以上在一溢流临界值被达到之前达到高限制临界值，如步骤560所示，接着如步骤545，藉由相位选取电路450选取相位或取样，如下所述：假如计数器420在计数器430及440任一个达到高限制临界值之前达到高限制临界值，相位或取样3、6、9及12被选取，假如计数器430在计数器420及440任一个达到高限制临界值之前达到高限制临界值，相位或取样1、4、7及10被选取，假如计数器440在计数器420或430任一个达到高限制临界值之前达到高限制临界值，相位或取样2、5、8及11被选取。当相位或取样被选取，该方法可以(在步骤550之后)回到步骤510，那里计数器420、430及440被重置在取样X1到XN的另一设定的处理之前，在此，在步骤560及545之后，该方法在回到步骤510之前没有调整任何高限制临界值。
在前述之20相位时脉实施例，假如计数器420在计数器430或440达到高限制临界值之前达到溢流临界值，则相位或取样4、8、12、16及20被选取，假如计数器430在计数器420或440达到高限制临界值之前达到溢流临界值，则相位或取样1、5、9、13及17被选取，假如计数器440在计数器420或430达到高限制临界值之前达到溢流临界值，则相位或取样2、6、10、14及18被选取。当上述情况下，相位或取样被选取时，计数器420、430及440被重置，且该高限制临界值被向右平移一位(例如，0100→0010)。
然而，假如计数器420、430或440中两个或两个以上在溢流临界值达到之前到达高限制临界值，那么该20相位时脉的相位或取样的选取如下所述：假如计数器420在计数器430到达高限制临界值之前到达高限制临界值，相位或取样4、8、12、16及20被选取，假如计数器430在计数器420或440到达高限制临界值之前到达高限制临界值，相位或取样1、5、9、13及17被选取，假如计数器440在计数器430到达高限制临界值之前到达高限制临界值，相位或取样2、6、10、14及18被选取，最后，假如计数器420在计数器440到达高限制临界值之前到达高限制临界值，或者，假如计数器440在计数器420到达高限制临界值之前到达高限制临界值，相位或取样3、7、11、15及19被选取，。如前所述，当相位或取样被选取时，计数器会被重置。
在此领域中熟习此项技术之人士将可清楚了解到，修改12相位时脉或20相位时脉实施例依然在本发明的范围内，例如，一L相位时脉，具有M倍超取样，其每个资料位或区间会有M个相位或取样数，且每一个多相位时脉周期具有L/M个位，因此，其可有M个累积器、M个计数器及L/M个资料转换值的群组，随着每个群组具有资料转换值的M数。
在一被修改的20相位时脉之实施例，一第四累积器及一第四计数器可以被实行在四个累积器及四个计数器的操作，其类似于12相位实施例的操作。更特别的是，在这个修改的实施例中，一第四累积器D被用来搭配第四计数器，其中操作过程如下：假如Y4(j-1)+1的值是高的，该第一累积器A被加一；假如Y4(j-1)+2的值是高的，该第二累积器B被增加；假如Y4(j-1)+3的值是高的，该第三累积器C被增加；以及假如Y4(j-1)+4的值是高的，该第四累积器D被增加。假如该累积器A最后有最高的累积(或，一累积数大于其它)，那么计数器420被增加，这里计数器420对应相位或取样数3、7、11、15及19(或4、8、12、16及20)。假如该累积器B最后有最高的累积(或，一累积数大于其它)，那么计数器430被增加，这里计数器430对应相位或取样数4、8、12、16及20(或，1、5、9、13及17)。假如该累积器C最后有最高的累积(或，一累积数大于其它)，那么计数器440被增加，这里计数器440对应相位或取样数1、5、9、13及17(或，2、6、10、14及18)。假如该累积器D最后有最高的累积(或，一累积数大于其它)，那么第四计数器被增加，这里第四计数器对应相位或取样数2、6、10、14及18(或3、7、11、15及19)。因此，在被修改的实施例中，其中该多数决电路410只增加具有最高计数之累积器所对应的计数器，该多数决电路410只会增加四个累积器中的一个给输出值Y1到YN。然而，在被修改的实施例中，其中多数决电路410增加一计数器的标准，是当一计数大于其它，那么多数决电路410可能增加四个计数器其中之一或二给输出值Y1到YN。
计数器420、430及440以及第四计数器被输入到相位选取器450，其中计数器在其它计数器到达高限制临界值之前到达溢流临界值，具有其相位或取样数被选取，接着藉由计数器被重置及高限制临界值被向右平移一位(例如，0100→0010)，如前所述。假如四个计数器中两个或两个以上在达到溢流临界值之前达到高限制临界值，那么该达到高限制临界值的计数器具有相位或取样数选取及该计数器全被重置，如前所述。
以上述之任一实施例，本发明的方法在目前所举的范例中决定被选取的相位是否在步骤550被连续改变三次，依此发生之决定，该高限制临界值在步骤555被重置。
一旦相位或取样数被相位选取电路450选取，该信息被提供给多工器电路130，该多工器电路130利用该信息从资料取样器110选取所要的取样。然后该多工器电路130的输出为被回复的数据。该多工器电路130是一传统电路，其可包括多个不同或相同大小的多工器。其它具有多工器功能的组件也可以被使用，例如多输入开关。
根据本发明一个修改的范例，该转换侦测电路400侦测来自数据取样器110的转换取样X1到XN之间的转换，，此处N是在一资料框的取样数(以区别上述实施例中N是在一多相位时脉的时脉周期中的取样数)。因此，连结12相位时脉，该转换侦测电路400会输出30个值，其最后一个值是第30个值与下个多相位时脉周期的时脉相位中第一个取样的XOR值。在多数决电路410，转换值Y1到Y30被依序分割成10个群组，每个群组有三个值。为了20相位时脉，该转换侦测器400会输出40个值，其最后一个值是第40个值与下个多相位时脉周期的时脉相位中第一个取样的XOR值。在此实现中，在该多数决电路410中，值Y1到Y40被依序分割成10个群组，每个群组有4个值。这些被修改的实施例的其它操作实际上是无法改变与上述实施例的关系，其中N是在资料框中的取样数。
以上对于本发明的较佳实施例所作的叙述是为阐明之目的，而无意限定本发明精确地为所揭露的形式，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而作修改或变化是可能的，实施例是为解说本发明的原理以及让熟习该项技术者以各种实施例利用本发明在实际应用上而选择及叙述，本发明的技术思想企图由以下的权利要求范围及其均等来决定。