一种时钟信号恢复方法及系统与流程

1.本技术涉及光纤通信技术领域，更具体地说，涉及一种时钟信号恢复方法及系统。


背景技术：

2.在数字光纤传输系统中，一般有两种方式获得定时时钟信号，一种是在信道中单独传输时钟信号，另一种是从接收的数字信号中提取时钟信号。但因前一种方式所花费的代价太高，因此，光纤通信系统通常采用后一种方式，即依靠接收机中的定时提取电路来完成。
3.pam4（4 pulse amplitude modulation，四电平脉冲幅度调制）是一种采用4个不同的信号电平来进行信号传输的调制技术，当前已被广泛应用在高速信号互连领域。目前，对于pam4信号，一般是直接将pam4串行数据输入到光纤通信时钟恢复单元中，利用光纤通信时钟恢复单元从pam4串行数据中恢复出时钟信号。但是，由于pam4信号不仅有高、低两种电平取值，在高、低两种电平之间还有两种中间电平。在信号峰值相当的情况下，pam4信号的电平转换形式将会复杂得多，可用于幅度采样的时间也会短暂的多，因此，从pam4信号中恢复同步时钟信号比较困难，恢复出来的时钟信号的同步性也差得多。
4.综上所述，如何能够简便地从pam4信号中恢复出时钟信号，并提高时钟信号恢复的同步性，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术的目的是提供一种时钟信号恢复方法及系统，用于能够简便地从pam4信号中恢复出时钟信号，并提高时钟信号恢复的同步性。
6.为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种时钟信号恢复方法，包括：将pam4串行数据转换成nrz串行数据；从所述nrz串行数据中恢复出时钟信号；若当前时间不存在对应的时钟信号，则根据已恢复出的时钟信号中距离所述当前时间最近的时钟信号生成所述当前时间对应的时钟信号。
7.优选的，在将pam4串行数据转换成nrz串行数据之前，还包括：对所述pam4串行数据进行高频补偿。
8.优选的，在从所述nrz串行数据中恢复出时钟信号之后，还包括：对已恢复出的时钟信号进行分频处理；计算分频得到的时钟信号的时钟频率，并对所述时钟频率进行记录。
9.优选的，根据已恢复出的时钟信号中距离所述当前时间最近的时钟信号生成所述当前时间对应的时钟信号，包括：根据已恢复出的时钟信号中距离所述当前时间最近的时钟信号对应的时钟频率生成参考时钟；
根据所述参考时钟生成所述当前时间对应的时钟信号。
10.一种时钟信号恢复系统，包括数据转换单元、与所述数据转换单元相连的光纤通信时钟恢复单元及与所述光纤通信时钟恢复单元相连的时钟信号生成单元，其中：所述数据转换单元，用于将pam4串行数据转换成nrz串行数据；所述光纤通信时钟恢复单元，用于从所述nrz串行数据中恢复出时钟信号；所述时钟信号生成单元，用于若当前时间不存在对应的时钟信号，则根据已恢复出的时钟信号中距离所述当前时间最近的时钟信号生成所述当前时间对应的时钟信号。
11.优选的，还包括：与所述数据转换单元相连的均衡器，用于对所述pam4串行数据进行高频补偿。
12.优选的，还包括：分频器，用于对已恢复出的时钟信号进行分频处理；所述时钟信号生成单元包括：与所述分频器相连的fpga，用于计算分频得到的时钟信号的时钟频率，并对所述时钟频率进行记录。
13.优选的，所述时钟信号生成单元还包括与所述fpga相连的时钟发生器；所述fpga，还用于控制所述时钟发生器根据已恢复出的时钟信号中距离所述当前时间最近的时钟信号对应的时钟频率生成参考时钟，并由所述时钟发生器将所述参考时钟输入到所述光纤通信时钟恢复单元；所述光纤通信时钟恢复单元，用于根据所述参考时钟生成所述当前时间对应的时钟信号。
14.优选的，所述数据转换单元具体为限幅放大器。
15.本技术提供了一种时钟信号恢复方法及系统，其中，该方法包括：将pam4串行数据转换成nrz串行数据；从nrz串行数据中恢复出时钟信号；若当前时间不存在对应的时钟信号，则根据已恢复出的时钟信号中距离当前时间最近的时钟信号生成当前时间对应的时钟信号。
16.本技术公开的上述技术方案，先将pam4串行数据转换成nrz串行数据，然后，从nrz串行数据中恢复出时钟信号，也即通过将pam4信号转换成nrz信号而进行时钟信号的恢复，由于nrz串行数据仅有高、低两种电平取值，因此，则可以相对简便且可靠地进行时钟信号的恢复，且可以提高时钟信号恢复的同步性。另外，在将pam4串行数据转换成nrz串行数据而进行时钟信号恢复时，若当前时间不存在对应的时钟信号，则可以根据已恢复出的时钟信号中距离当前时间最近的时钟信号生成当前时间对应的时钟信号，以避免因将pam4串行数据转换成nrz串行数据使得采样机会变少而导致恢复的时钟信号的中断，即保证能够稳定输出时钟信号，以提高时钟信号恢复效果。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
18.图1为现有从pam4格式的数据中恢复出同步时钟信号的示意图；图2为本技术实施例提供的一种时钟恢复方法的流程图；图3为本技术实施例提供的从nrz串行数据中恢复出时钟信号的示意图；图4为本技术实施例提供的光纤通信时钟恢复单元基本组成逻辑图；图5为本技术实施例提供的一种时钟信号恢复系统的结构示意图。
具体实施方式
19.参见图1，其示出了现有从pam4格式的数据中恢复出同步时钟信号的示意图，也即直接采用光纤通信时钟恢复单元从pam4格式的数据中恢复出时钟信号，其中，图1中的光纤通信时钟恢复单元具体可是以锁相环电路为核心的光纤通信时钟恢复单元。但是，pam4信号有四种电平，在信号峰值相当的情况下，pam4信号的电平转换形式将会复杂得多，可用于幅度采样的时间也会短暂的多，因此，从pam4信号中恢复同步时钟信号比较困难，恢复出来的时钟信号的同步性也差得多。且小信号时这一现状变得更加严重，导致时钟恢复系统灵敏度较差。
20.为此，本技术提供一种时钟信号恢复方法及系统，用于能够简便地从pam4信号中恢复出时钟信号，并提高时钟信号恢复的同步性。
21.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
22.参见图2，其示出了本技术实施例提供的一种时钟恢复方法的流程图，本技术实施例提供的一种时钟信号恢复方法，可以包括：s11：将pam4串行数据转换成nrz串行数据。
23.在从pam4串行数据中进行时钟信号恢复时，可以先将pam4串行数据转换成nrz（not return to zero，不归零码）串行数据，以便于通过对转换得到的nrz串行数据进行时钟信号恢复而实现对pam4串行数据的时钟信号恢复。
24.其中，具体可通过预先设定一阈值（可根据实际需要设置该阈值的大小），将pam4串行数据与预先设定的阈值进行比较，将pam4串行数据中小于预先设定的阈值的数据转换成低电平，将pam4串行数据中不小于预先设定的阈值的数据转换成高电平的方式来将pam4串行数据转换成nrz串行数据。当然，也可以通过其他方式进行实现。
25.需要说明的是，需要在保证系统指标的情况下，将pam4串行数据转换成nrz串行数据，以便于提高整个系统的可靠性和运行的稳定性。
26.s12：从nrz串行数据中恢复出时钟信号。
27.在步骤s11的基础上，可以从转换成的nrz串行数据中恢复出时钟信号。其中，从转换成nrz串行数据中恢复出时钟信号的方式具体可以与现有中从nrz串行数据中恢复出时钟信号的方式相同。具体是从低电平变换到高电平、高电平变换到低电平过程中选取最短跳变作为恢复时钟信号的参考，也即是抓取中的是nrz串行数据中最相邻的一次上升沿、下降沿来进行时钟信号的恢复。
28.具体可以参见图3，其示出从nrz串行数据中恢复出时钟信号的示意图，nrz格式的
二进制数据中仅有高、低两种电平，从中进行时钟信号恢复实现起来比较简单，而且从nrz格式的二进制数据中恢复出同步的时钟信号，技术相对成熟，提取的时钟信号与数据同步性好。因此，通过将pam4串行数据转换成nrz串行数据，以进行时钟信号恢复的方式可以实现相对简便且可靠地进行数据时钟的恢复，并可以提高时钟信号恢复的同步性和效果。
29.需要说明的是，图3中的光纤通信时钟恢复单元具体可以采用锁相环法进行时钟信号的恢复，当然，也可以采用其他方法进行时钟信号的恢复，本技术对此不做限定。
30.s13：若当前时间不存在对应的时钟信号，则根据已恢复出的时钟信号中距离当前时间最近的时钟信号生成当前时间对应的时钟信号。
31.考虑到在将pam4串行数据转换成nrz串行数据的过程中丢失了中间电平的跳变信息，即中间电平的上升沿和下降沿会被忽略，因此，会出现较长的高电平持续时间。而通过采样将pma4信号转换成的nrz信号的上升沿和下降沿，仍能够恢复出时钟信号，只是持续某一电平（例如持续高电平）的存在会让这样的采样机会变少，不做任何处理的话会中断恢复出的时钟信号的输出。为此，本技术在从nrz串行数据中恢复出时钟信号时，若确定当前时间不存在对应的时钟信号，则可以根据已恢复出的时钟信号中距离当前时间最近的时钟信号生成当前时间对应的时钟信号。例如：以理论上每秒一次采样并进行时钟信号恢复为例，假设第一秒从转换成的nrz串行数据中恢复出时钟信号；第二秒未能恢复出时钟信号，则此时根据第一秒已恢复出的时钟信号生成第二秒对应的时钟信号；第三秒也未能恢复出时钟信号，则此时也根据第一秒已恢复出的时钟信号生成第三秒对应的时钟信号
……
一直到第五秒才又从转换成的nrz串行数据中恢复出时钟信号；第六秒未能恢复出时钟信号，则此时即根据第五秒已恢复出的时钟信号生成第六秒对应的时钟信号
……
直至完成最后一次时钟信号恢复或生成为止。
32.通过上述过程可使得在转换得到的nrz串行数据持续某一电平（例如持续高电平）的状态下仍然可以保持最近一次的时钟信号输出，从而保证能够稳定输出时钟信号（即可以输出连续、不中断的时钟信号），以提高时钟信号恢复效果。
33.本技术公开的上述技术方案，先将pam4串行数据转换成nrz串行数据，然后，从nrz串行数据中恢复出时钟信号，也即通过将pam4信号转换成nrz信号而进行时钟信号的恢复，由于nrz串行数据仅有高、低两种电平取值，因此，则可以相对简便且可靠地进行时钟信号的恢复，且可以提高时钟信号恢复的同步性。另外，在将pam4串行数据转换成nrz串行数据而进行时钟信号恢复时，若当前时间不存在对应的时钟信号，则可以根据已恢复出的时钟信号中距离当前时间最近的时钟信号生成当前时间对应的时钟信号，以避免因将pam4串行数据转换成nrz串行数据使得采样机会变少而导致恢复的时钟信号的中断，即保证能够稳定输出时钟信号，以提高时钟信号恢复效果。
34.本技术实施例提供的一种时钟信号恢复方法，在将pam4串行数据转换成nrz串行数据之前，还可以包括：对pam4串行数据进行高频补偿。
35.在本技术中，在将pam4串行数据转换成nrz串行数据之前，还可以对pam4串行数据进行高频补偿，以使得pam4串行数据的电平变化能够变得更加的陡峭，即使得码元跳变更加陡峭，从而减少信息的丢失，使得采样时间与转换得到的nrz串行数据中的采样时间差不多，进而提高对pam4串行数据进行时钟信号恢复的恢复效果、恢复准确性和恢复可靠性。
36.本技术实施例提供的一种时钟信号恢复方法，在从nrz串行数据中恢复出时钟信号之后，还可以包括：对已恢复出的时钟信号进行分频处理；计算分频得到的时钟信号的时钟频率，并对时钟频率进行记录。
37.在本技术中，由于所恢复出的时钟信号属于高频信号，因此，为了更好地对恢复出的时钟信号进行记录，并为了便于更好地根据已恢复出的时钟信号生成时钟信号，以保证时钟信号的稳定输出，则在从nrz串行数据中恢复出时钟信号之后，可以对已恢复出的时钟信号进行分频处理，以从中分频出低频的时钟信号，并便于在分频后进行采样。在对已恢复出的时钟信号进行分频处理后，可以计算分频得到的时钟信号的时钟频率，并可以对所计算出的时钟频率进行记录，以不仅便于根据所记录的时钟频率进行无时钟信号恢复时所对应的时钟信号的生成，而且还便于后续进行查看和获取相关的时钟频率。
38.通过上述过程可知，若当前时间存在对应的已恢复出的时钟信号，则对已恢复出的时钟信号进行分频处理；计算分频得到的时钟信号的时钟频率，并对时钟频率进行记录；若当前时间不存在对应的时钟信号，则根据已恢复出的时钟信号中距离当前时间最近的时钟信号生成当前时间对应的时钟信号。
39.需要说明的是，在每根据nrz串行数据恢复出时钟信号后，即可执行一次上述过程。
40.本技术实施例提供的一种时钟信号恢复方法，根据已恢复出的时钟信号中距离当前时间最近的时钟信号生成当前时间对应的时钟信号，可以包括：根据已恢复出的时钟信号中距离当前时间最近的时钟信号对应的时钟频率生成参考时钟；根据参考时钟生成当前时间对应的时钟信号。
41.在本技术中，在根据已恢复出的时钟信号中距离当前时间最近的时钟信号生成当前时间对应的时钟信号时，具体可以根据已恢复出的时钟信号中距离当前时间最近的时钟信号所对应的经过分频处理等处理所对应的时钟频率生成参考时钟。其中，具体可以将已恢复出的时钟信号中距离当前时间最近的时钟信号对应的时钟频率与预先根据用于从nrz串行数据中恢复出时钟信号的光纤通信时钟恢复单元本身的设计所确定的比例相乘来生成参考时钟。需要说明的是，该比例具体可以为1/32、1/64等数值。当光纤通信时钟恢复单元确定后，相应比例也即确定。其中，光纤通信时钟恢复单元内部锁相环电路一般会有一个固定分频比的分频器，该分频器决定了参考时钟和输出的时钟信号的比例。具体可以参见图4，其示出了本技术实施例提供的光纤通信时钟恢复单元基本组成逻辑图，其中，鉴频鉴相器、低通滤波器、分频器、压控振荡器构成锁相环电路，压控振荡器输出的时钟信号分成两部分，一部分输出作为光纤通信时钟恢复单元输出的时钟信号，另一部分经分频器分频后输入鉴频鉴相器（即将分频器信号输入鉴频鉴相器），鉴频鉴相器的另一个输入是nrz串行数据或者参考时钟二选一，输入鉴频鉴相器的分频器信号和参考时钟具有相等的频率。因此，光纤通信时钟恢复单元确定之后，参考时钟的输入频率就确定了。通过上述可知，光纤通信时钟恢复单元本身的设计所确定的比例具体即是由光纤通信时钟恢复单元中锁相环电路所包含的分频器进行确定。
42.在根据已恢复出的时钟信号中距离当前时间最近的时钟信号所对应的经过分频
处理等处理所对应的时钟频率生成参考时钟之后，则可以根据所生成的参考时钟来生成当前时间对应的时钟信号，具体地，可以利用所生成的参考时钟触发用于从nrz串行数据中恢复出时钟信号的光纤通信时钟恢复单元来生成当前时间对应的时钟信号。其中，光纤通信时钟恢复单元内部具有锁相环电路，该锁相环电路可以根据参考时钟生成时钟信号（具体可以参见图4及上述描述），这具体是由锁相环电路的功能决定的。
43.通过上述过程可以在nrz串行数据持续某一电平的状态下仍然保持最近一次的时钟输出频率，以保证能够稳定输出时钟信号，从而提高时钟信号恢复效果。
44.本技术实施例还提供了一种时钟信号恢复系统，参见图5，其示出了本技术实施例提供的一种时钟信号恢复系统的结构示意图，可以包括数据转换单元、与数据转换单元相连的光纤通信时钟恢复单元及与光纤通信时钟恢复单元相连的时钟信号生成单元，其中：数据转换单元，用于将pam4串行数据转换成nrz串行数据；光纤通信时钟恢复单元，用于从nrz串行数据中恢复出时钟信号；时钟信号生成单元，用于若当前时间不存在对应的时钟信号，则根据已恢复出的时钟信号中距离当前时间最近的时钟信号生成当前时间对应的时钟信号。
45.本技术实施例还提供了一种时钟信号恢复系统，可用于实现上述任一种时钟信号恢复方法，其中，该时钟信号恢复系统可以包括数据转换单元、与数据转换单元相连的光纤通信时钟恢复单元以及与光纤通信时钟信号恢复单元相连的时钟信号生成单元。
46.数据转换单元用于将pam4串行数据转换成nrz串行数据，并将转换成的nrz串行数据发送到光纤通信时钟恢复单元。光纤通信时钟恢复单元用于从nrz串行数据中恢复出时钟信号。时钟信号生成单元用于若当前时间不存在对应的时钟信号，则根据已恢复出的时钟信号中距离当前时间最近的时钟信号生成当前时间对应的时钟信号。
47.本技术公开的上述技术方案，先将pam4串行数据转换成nrz串行数据，然后，从nrz串行数据中恢复出时钟信号，也即通过将pam4信号转换成nrz信号而进行时钟信号的恢复，由于nrz串行数据仅有高、低两种电平取值，因此，则可以相对简便且可靠地进行时钟信号的恢复，且可以提高时钟信号恢复的同步性。另外，在将pam4串行数据转换成nrz串行数据而进行时钟信号恢复时，若当前时间不存在对应的时钟信号，则可以根据已恢复出的时钟信号中距离当前时间最近的时钟信号生成当前时间对应的时钟信号，以避免因将pam4串行数据转换成nrz串行数据使得采样机会变少而导致恢复的时钟信号的中断，即保证能够稳定输出时钟信号，以提高时钟信号恢复效果。
48.本技术实施例提供的一种时钟信号恢复系统，还可以包括：与数据转换单元相连的均衡器，用于对pam4串行数据进行高频补偿。
49.本技术所提供的时钟信号恢复系统还可以包括与数据转换单元相连的均衡器，以利用与数据转换单元相连的均衡器接收pam4串行数据，并对pam4串行数据进行高频补偿，以使得电平变化更为陡峭。之后，均衡器将高频补偿之后的pam4串行数据输入到数据转换单元，以利用数据转换单元将高频补偿之后的pam4串行数据转换成nrz串行数据。
50.本技术实施例提供的一种时钟信号恢复系统，还可以包括：分频器，用于对已恢复出的时钟信号进行分频处理；时钟信号生成单元可以包括：与分频器相连的fpga，用于计算分频得到的时钟信号的时钟频率，并对时钟频率
进行记录。
51.本技术所提供的时钟信号恢复系统还可以包括分频器，以利用分频器对光纤通信时钟恢复单元所恢复出的时钟信号进行分频处理。
52.而且本技术中的时钟信号恢复系统所包含的时钟信号生成单元可以包括与分频器相连的fpga（field programmable gate array，现场可编程逻辑门阵列），由fpga计算分频得到的时钟信号的时钟频率，并对时钟频率进行记录。
53.本技术实施例提供的一种时钟信号恢复系统，时钟信号生成单元还可以包括与fpga相连的时钟发生器；fpga，还用于控制时钟发生器根据已恢复出的时钟信号中距离当前时间最近的时钟信号对应的时钟频率生成参考时钟，并由时钟发生器将参考时钟输入到光纤通信时钟恢复单元；光纤通信时钟恢复单元，用于根据参考时钟生成当前时间对应的时钟信号。
54.在本技术所提供的时钟信号恢复系统中，时钟信号生成单元还可以包括与fpga相连的时钟发生器。
55.若当前时间存在对应的时钟信号，则由分频器对光纤通信时钟恢复单元所恢复出的时钟信号进行分频处理，并由fpga计算分频得到的时钟信号的时钟频率，且由fpga对时钟频率进行记录；若当前时间不存在对应的时钟信号，则由fpga控制与之相连的时钟发生器根据已恢复出的时钟信号中距离当前时间最近的时钟信号对应的时钟频率生成参考时钟，然后，由时钟发生器将参考时钟输入到光纤通信时钟恢复单元，以使得光纤通信时钟恢复单元根据参考时钟生成当前时间对应的时钟信号本技术实施例提供的一种时钟信号恢复系统，数据转换单元具体为限幅放大器。
56.在本技术所提供的时钟信号恢复系统中，数据转换单元具体可以为限幅放大器，以利用限幅放大器将pam4串行数据转换成nrz串行数据。
57.需要说明的是，本技术提供的一种时钟信号恢复系统中相关部分的说明可以参见本技术实施例提供的一种时钟信号恢复方法中对应部分的详细说明，在此不再赘述。
58.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、
ꢀ“
包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本技术实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。
59.对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实 施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。