專利名稱：自動輸入誤差恢復(fù)電路和用于遞歸數(shù)字濾波器的方法
自動輸入誤差恢復(fù)電路和用于遞歸數(shù)字濾波器的方法5技術(shù)領(lǐng)域0001本發(fā)明一般地涉及數(shù)字過采樣濾波器，這些數(shù)字過采樣 濾波器通過使用諸如SPI接口 (即串行接口)類的串行接口實現(xiàn)外部計時。例如，本發(fā)明涉及包括被耦合至遞歸數(shù)字濾波器的三線串行接口 的系統(tǒng)，并且更具體地涉及避免由輸入時鐘和數(shù)字同步誤差導(dǎo)致的遞 10歸數(shù)字濾波器的不穩(wěn)定性。
背景技術(shù)：
0002三線標(biāo)準(zhǔn)串行接口提供一種使用三線制向數(shù)字裝置提交 數(shù)據(jù)的簡單方法。圖1是包括傳統(tǒng)三線標(biāo)準(zhǔn)串行接口 2的系統(tǒng)1的方15框圖，該傳統(tǒng)三線標(biāo)準(zhǔn)串行接口2被耦合至包括外部復(fù)位終端4的傳 統(tǒng)遞歸數(shù)字濾波器3。三線標(biāo)準(zhǔn)串行接口 2接收串行數(shù)據(jù)輸入信號 SDIN、相應(yīng)的串行時鐘信號SCLK和同步信號FSYNC，并做出響應(yīng) 以并行格式產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號PARALLEL DATA作為到遞歸數(shù)字 濾波器3的輸入，并且還重新產(chǎn)生SCLK和FSYNC信號作為到遞歸20數(shù)字濾波器3的輸入。遞歸數(shù)字濾波器3做出響應(yīng)以并行格式產(chǎn)生經(jīng) 濾波的輸出信號OVERSAMPLED DATA。隨后描述的圖2A是圖1的 三線標(biāo)準(zhǔn)串行接口的更詳細(xì)的示圖，且隨后描述的圖3A是傳統(tǒng)遞歸 數(shù)字濾波器的更詳細(xì)的示圖。0003數(shù)字穩(wěn)定性在數(shù)字濾波器設(shè)計中是關(guān)鍵，且所有的數(shù)字25濾波器被設(shè)計成穩(wěn)定的形式。由于有限沖激響應(yīng)(FIR)濾波器并不包 含極點，因此它們是固有穩(wěn)定的。只要無限沖激響應(yīng)(IIR)濾波器的 極點位于單位圓之外，它們就是穩(wěn)定的。如果沒有穩(wěn)定性，有意義的 濾波作用就不能發(fā)生，這是因為數(shù)字濾波器的輸出包含不希望的振蕩， 這種振蕩能夠具有導(dǎo)致運(yùn)算溢出的極高振幅。300004某些FIR濾波器以遞歸方式實現(xiàn)，這類似于IIR濾波器。這些遞歸實現(xiàn)大大地簡化了對FIR濾波器的硬件要求。這些FIR濾波器的例子是過采樣SYNC濾波器(即，COMB濾波器)。而且，濾波 器的穩(wěn)定性假定總是保持并滿足定義數(shù)字濾波器的基本方程式。然而， 各種數(shù)字故障可以發(fā)生在普通的印刷電路板環(huán)境中，在此印刷電路板 環(huán)境中，數(shù)字過采樣濾波器經(jīng)由串行接口被控制。這些故障可以包括5由于接地反彈、諸如由靜電放電(ESD)事件引起的電過載、或者在 微處理器軟件中的"臭蟲(bug)"等造成的位誤差或同步誤差。由于 這些故障在某些應(yīng)用中可能以可觀的可能性或概率發(fā)生，所以所希望 的是提供容錯數(shù)字濾波，既然可能關(guān)鍵的是在故障條件之后數(shù)字濾波 器不會進(jìn)入持續(xù)不穩(wěn)定狀態(tài)。io0005有各種高速DAC (數(shù)模轉(zhuǎn)換器)應(yīng)用，其中高速串行接口有益于并行接口。 一種典型的應(yīng)用是提供具有并行接口的DAC以 致數(shù)字輸入字的所有位同時被寫入DAC。高速"S"時鐘被用作過采 樣。然而，由于大多數(shù)高速DAC具有并行接口，提供具有標(biāo)準(zhǔn)三線 SPI端口的DAC并使用用于過采樣的S時鐘并不普遍。但是在幾種應(yīng)15用中，可以發(fā)現(xiàn)提供具有串行接口的高速DAC以節(jié)省印刷電路板空 間具有優(yōu)勢。該技術(shù)的一個應(yīng)用是用于TV系統(tǒng)的數(shù)字轉(zhuǎn)換器應(yīng)用。 目前， 一些電視機(jī)制造商指定使用具有串行接口而不是并行接口的高 速DAC。例如，在一些投影電視系統(tǒng)的數(shù)字匯聚單元(DCU)中， 使用諸如本受讓人的PCM56、 PCM55或者先鋒(Pioneer)公司的20 CD0031AM等可獲得的產(chǎn)品，具有串行接口的6個單獨的16位DAC 被用來正確地將RGB信號定位在投影屏幕上。在這些數(shù)字匯聚單元 中，產(chǎn)生基本頻率達(dá)到31.75KHz的波形且之后使用模擬濾波器平滑 該波形。0006為降低前述模擬濾波器的成本和性能要求，簡單的改進(jìn) 25是在數(shù)字匯聚單元的DAC內(nèi)包括數(shù)字過采樣濾波器。這降低了與模 擬濾波器相關(guān)的TV制造商的成本。然而，對將數(shù)字過采樣濾波器引 入到現(xiàn)有的TV系統(tǒng)中有兩個主要要求。其一，要求接口與現(xiàn)有的三 線串行接口方案可兼容(即，與類PCM56接口向后可兼容)，以及 其二，要求確保數(shù)字過采樣濾波器總是穩(wěn)定，包括由諸如閃電或ESD 30事件的意外的現(xiàn)象引發(fā)的故障狀態(tài)期間或之后。如果在數(shù)據(jù)和/或時鐘 同步中有任何一種誤差或故障條件，數(shù)字濾波器可能變得不穩(wěn)定，且在遞歸數(shù)字濾波器中不穩(wěn)定狀態(tài)一般會持續(xù)直到用戶或微處理器對遞 歸數(shù)字濾波器進(jìn)行復(fù)位。不得不復(fù)位遞歸數(shù)字濾波器可能很不方便。0007圖2A示出非?；A(chǔ)的傳統(tǒng)三線串行接口電路50，為簡 單起見，該傳統(tǒng)三線串行接口電路50顯示為8位接口 (盡管16位串 5行接口電路已經(jīng)被用于本發(fā)明的實際實施中)。8位三線串行接口電 路50包括一行8個D型觸發(fā)器51-1，2…8和一行8個D型觸發(fā)器52-1， 2...8。串行數(shù)據(jù)信號SDIN被連接到毗鄰的觸發(fā)器51-1的D輸入端， 且該觸發(fā)器51-1的輸出Q連接到觸發(fā)器51-2的D輸入端，等等，這 樣每個觸發(fā)器51-2至51-7的輸出被連接到下一個觸發(fā)器的輸入端。io串行時鐘信號SCLK被連接到每個觸發(fā)器51-1， 2...8的時鐘輸入端。 觸發(fā)器51-1的輸出被連接到觸發(fā)器52-l的D輸入端，觸發(fā)器51-2的 輸出被連接到下一個觸發(fā)器52-2的D輸入端，等等，直到觸發(fā)器51-8 的輸出被連接到觸發(fā)器52-8的D輸入端。觸發(fā)器52-1， 2...8的時鐘 輸入被連接到倒相器53的輸出端，該倒相器53具有連接到其輸入端15的幀同步信號FSYNC。觸發(fā)器52-1, 2...8的輸出端產(chǎn)生并行8位數(shù) 字字(word) DO, D1…D7。0008圖2B中的時序圖示出了具體的串行數(shù)據(jù)字SDIN、串行 時鐘信號SCLK和幀同步信號FSYNC之間的關(guān)系，并且指明了有效的 輸出數(shù)據(jù)D0-D7的每個字節(jié)的間隔。200009在工作過程中，下行觸發(fā)器52-l， 2...8實際上反映出上行觸發(fā)器51-1， 2...8的內(nèi)容，并且FSYNC能夠使觸發(fā)器51-1， 2...8 的內(nèi)容傳輸?shù)絺鬏?位數(shù)字輸出字D0-D7的輸出導(dǎo)線上。0010但是，例如如果具有額外的SCLK周期，由三線串行接 口 50所產(chǎn)生的數(shù)字輸出字D0-D7會發(fā)生錯誤。同樣，如果FSYNC脈25沖沒有準(zhǔn)時到達(dá)，輸出D0-D7將會出錯。如果錯誤的串行數(shù)據(jù)SDIN 作為輸入同步誤差的結(jié)果被寫入三線串行接口 2中，輸出D0-D7將出 錯，但是一旦寫入正確的數(shù)據(jù)后，三線串行接口 2又開始產(chǎn)生正確的 并行數(shù)據(jù)輸出D0-D7。0011如果前述錯誤的信號輸出字D0-D7被耦合到遞歸數(shù)字濾30波器3的輸入端，結(jié)果在遞歸數(shù)字濾波器3中導(dǎo)致持久的無法修補(bǔ)的 不穩(wěn)定性，除了通過復(fù)位該遞歸數(shù)字濾波器3且然后將正確的串行SDIN數(shù)據(jù)、SCLK和FSYNC信號輸入到三線標(biāo)準(zhǔn)串行接口 2之外， 沒有任何方法可以消除這種不穩(wěn)定性。0012遞歸數(shù)字濾波器的以下解釋將有希望為更好地理解本發(fā) 明提供基礎(chǔ)。圖1的遞歸數(shù)字濾波器3可以是一個SYNC3濾波器。 5 SYNC濾波器是執(zhí)行濾波器輸入x(n)的sine(x)/x濾波的一個濾波器。 級聯(lián)耦合的三個SYNC濾波器被公認(rèn)作SYNC3濾波器，該SYNC3濾 波器執(zhí)行SYNC3功能或具有"SYNC3響應(yīng)"。參看圖3A，其示出了 圖1的數(shù)字SYNC3濾波器3的物理硬件遞歸實現(xiàn)。正如后面所解釋的， 數(shù)字濾波器3實際上被實現(xiàn)為SYNC2濾波器，該SYNC2濾波器與三io線標(biāo)準(zhǔn)串行接口 2結(jié)合在一起執(zhí)行SYNC3功能。遞歸數(shù)字濾波器3具 有零階保持輸入信號xl(n),該輸入信號xl(n)被施加到"延遲到N"的 元件55,該元件55將xl(n)延遲N個SCLK周期。"零階保持"功 能僅由將當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)x(n)重復(fù)N次構(gòu)成。(所指的SYNC2濾波器 和SYNC3濾波器可以分別被當(dāng)作通用SYNCN和SYNC(N+I)濾波器15的具體示例，其中N可以是大于2的整數(shù)。)0013零階保持輸入信號xl(n)也被施加到減法器56的(+)輸 入端。延遲元件55的輸出通過算術(shù)移位器57進(jìn)行算術(shù)左移(ASL)， 且其結(jié)果被施加到減法器56的(-)輸入端。減法器56的輸出被施加 到加法器59的一個輸入端。延遲元件55的輸出也被輸入到延遲N次20的元件58，該延遲N次的元件58的輸出被耦合至加法器59的另一個 輸出端。加法器59的輸出通過算術(shù)移位器60進(jìn)行8位算術(shù)右移(ASR) 操作。該算術(shù)移位器60的輸出被耦合至減法器61的所述(+ )端， 該減法器61的輸出被施加到加法器62的一個輸入端。加法器62的輸 出被耦合至產(chǎn)生濾波器輸出y[n]的數(shù)字濾波器3的輸出端。y[n]被反饋25并由延遲元件66進(jìn)行1個SCLK周期的延遲，該延遲元件66的輸出 由算術(shù)移位器65進(jìn)行1位算術(shù)左移操作，該算術(shù)移位器65的輸出被 耦合至加法器62的另一個輸入端。延遲元件66的輸出也通過另一個 延遲元件64進(jìn)行1個SCLK的延遲，該延遲元件64的輸出被耦合至 減法器61的所述(-)輸入端。300014如圖3A所示的傳統(tǒng)SYNC3遞歸數(shù)字濾波器3的硬件實現(xiàn)可以被連接到如圖1所示的標(biāo)準(zhǔn)三線串行接口，其中所述SDIN (串行數(shù)據(jù)輸入)輸入終端攜帶串行輸入數(shù)據(jù)，所述SCLK (串行時鐘)終 端用作連續(xù)過采樣時鐘輸入，以及所述FSYNC (幀同步)終端用作在 每個時間幀處鎖存16位輸入數(shù)據(jù)的輸入端。如圖3A所示的由三線標(biāo) 準(zhǔn)串行接口 2和遞歸數(shù)字濾波器3的組合執(zhí)行的SYNC3數(shù)字濾波功能 5由下面方程式定義方程式(1)H(z) = (+^^)0015圖3B的圖示代表了所述SYNC3濾波器3的基本遞歸硬 io件表示，該圖3B是包括將輸入x(n)施加到第一SYNC濾波器23的時 域表示，該第一 SYNC濾波器23的零階保持輸出xl(n)被施加到第二 SYNC濾波器24的輸入端。SYNC濾波器24的輸出被施加到第三 SYNC濾波器25的輸入端。該第三SYNC濾波器25的輸出是經(jīng)SYNC3 濾波的輸出y[n]。該硬件實現(xiàn)利用了由xl(n)表示的零階保持(儲存在 is串-并行轉(zhuǎn)換寄存器中)。經(jīng)濾波的輸出y[n]由以下遞歸公式給出方程式(2) y["]4(x["]-2x["-iV]+x["一2iV])+2;);["一l〗一M"一2]其中，"n"是對應(yīng)于過采樣串行時鐘信號SCLK的時間指數(shù)或索 20引(index) ， "N"是過采樣率且因此表示對應(yīng)于幀同步信號FSYNC 的時間指數(shù)，并且y[n]是濾波器輸出信號OVER-SAMPLED DATA。0016方程式(2)表明SYNC3濾波器3可以由2個加法器、2個 減法器和多個算術(shù)移位器來實現(xiàn)。不要求乘法器。(同樣的FIR SYNC3 濾波器3的非遞歸實現(xiàn)要求用46個濾波器抽頭做巻積運(yùn)算。然而，非 25遞歸實現(xiàn)很少使用，并且一般的工業(yè)實踐使用該濾波器的遞歸實現(xiàn)。)0017只要濾波器方程式(3)有效，圖3A和3B所示的遞歸濾波 器3的實現(xiàn)就是穩(wěn)定的。0018圖3B所示的SYNC3的實現(xiàn)具有在Z域中的三階傳遞函 數(shù)。在圖3B的時間域表示中，是三個SYNC濾波器的級聯(lián)，每一個 30濾波器都具有相同的頻率響應(yīng)。理解在時間域中這種布置的意思的最 容易的方法是參照圖3C中三個基于時間的圖A、 B和C。在圖A中，假定到該SYNC濾波器23的輸入x(n)包括3個數(shù)字輸入字，分別由在 FSYNC周期的1、 2和3處的垂直線表示，其中每當(dāng)FSYNC下降時 存在可由另一個這種垂直線表示另一個數(shù)字輸入字。三個垂直線的高 度表示了三個數(shù)字字的值。在這個簡化的示例中，過采樣率N是4。5在圖3C的圖B中時間軸是SCLK時間幀而不是用于圖A的FSYNC 時間幀。在這個簡化的示例中，在每個FSYNC周期中有4個SCLK 周期，盡管在實際的設(shè)計中或許有16個SCLK周期。輸入數(shù)據(jù)x(n) 對于圖A和圖B來說是相同的，因此圖B相應(yīng)的垂直線與圖A的相 同。圖B實際上示出了在SCLK時域中的采樣輸入波形。io0019圖2B的圖C說明了零階保持函數(shù)xl(n)，該零階保持函數(shù)xl(n)在每個FSYNC時間幀周期內(nèi)提供4個SCLK循環(huán)或周期，這 實際上是用("pads")輸入數(shù)據(jù)x(n)填充數(shù)據(jù)x(n)自身以產(chǎn)生零階保持信 號xl(n)。0020SYNC濾波器的便利性在于其分量可以產(chǎn)生零階保持 15功能。因此數(shù)據(jù)輸入信號x(n)通過第一 SYNC濾波器(例如在圖3B中 的SYNC濾波器23)，并且零階保持結(jié)果xl(n)是C圖中所示出的過 采樣輸入數(shù)據(jù)，其中所述零域保持信號xl(n)信號只是重復(fù)在三線標(biāo)準(zhǔn) 串行接口 2中的輸入當(dāng)前數(shù)據(jù)x(n)，直到下一個新數(shù)據(jù)字到達(dá)為止的 結(jié)果。這一過程完成所希望的N次過采樣。由于輸入數(shù)據(jù)x(n)已經(jīng)在 20三線標(biāo)準(zhǔn)串行接口 2中被保持，就不必提供圖3B的SYNC濾波器23 以提供前述零階保持功能。因此，在每個串行時鐘SCLK的時間幀期 間直到下一個并行輸入數(shù)據(jù)字到達(dá)之前，輸入數(shù)據(jù)是有效的。因此， 為了獲得SYNC3濾波器，在圖3B中實際上只需實現(xiàn)SYNC濾波器24 和25。 SYNC濾波器24和25 —起具有由以下表達(dá)式表示的在Z域中 25 的SYNC2傳遞函數(shù)[1/N *(1 -Z-N )/(l - Z-1 )]2該表達(dá)式是如圖3A所示的濾波器的傳遞函數(shù)。當(dāng)該表達(dá)式在時間域中 展開時，結(jié)果是前述方程式(2)，方程式(2)可以借助兩個加法器、兩個 減法器和一些延遲元件實現(xiàn)。 300021在方程式(2)中除以W由算術(shù)右移來完成，且乘以2由算術(shù)左移來完成。指數(shù)-l和-2表示l個SCLK周期的延遲。指數(shù)N對應(yīng)N個SCLK周期的延遲。指數(shù)2N對應(yīng)2N個SCLK周期的延遲。因此， 指數(shù)N對應(yīng)于一個FSYNC周期的延遲，指數(shù)2N表示2個FSYNC周 期的延遲，指數(shù)2表示2個SCLK周期的延遲，以及指數(shù)1表示1個 SCLK周期的延遲。小寫字母"n"指數(shù)是時間指數(shù)。該"n"指數(shù)對應(yīng) 5 SCLK周期，因此如果n改變，就意味著新的SCLK周期到來。0022圖4是通過現(xiàn)有技術(shù)圖1的系統(tǒng)1由正常的數(shù)字濾波所 產(chǎn)生的波形，其中，遞歸數(shù)字濾波器3是16X過采樣SYNC3濾波器， 該SYNC3濾波器操作以平滑成由"A"所指定的數(shù)字正弦波。(短時 脈沖波形干擾或假信號(glitches)是由Spectre/Verilog協(xié)同仿真的仿io真系統(tǒng)產(chǎn)生的仿真失真。)，所獲得的經(jīng)濾波的輸出信號 OVER-SAMPLED DATA標(biāo)示為"B"。只要每個FSYNC中有16個 SCLK周期，遞歸數(shù)字濾波器3就會正常地工作，該FSYNC是被假定 用作圖4所示的仿真結(jié)果的假定的"零故障"狀態(tài)。經(jīng)濾波的輸出波 形"B"是由三線標(biāo)準(zhǔn)串行接口 2施加到遞歸數(shù)字濾波器3的數(shù)字輸入15波形"A"的變平滑了的形式，并且如A1、 Bl所示，經(jīng)濾波的輸出波 形"B"緊跟數(shù)字輸入波形"A"而沒有引起遞歸數(shù)字濾波器3變得不 穩(wěn)定。應(yīng)注意濾波器中的不穩(wěn)定性實際上被圖5中的仿真波形B夸張 地"淡化了"。0023
一旦上述y[n]的遞歸濾波器方程是無效的，除了復(fù)位該 20遞歸濾波器之外不能做任何事來解決該問題。因此，大多數(shù)遞歸濾波 器設(shè)計的特征是具有可以在外部被啟動的外部復(fù)位開關(guān)，例如，如果 該濾波器的輸出變得沒有意義，該外部復(fù)位開關(guān)可以在外部被啟動以 使微控制器復(fù)位該濾波器。0024圖5是仿真波形，其說明響應(yīng)不希望的第17個SCLK脈 25沖而發(fā)生在遞歸數(shù)字濾波器3中的持續(xù)不穩(wěn)定性。圖5中的仿真曲線 假定不希望的第17個SCLK脈沖如垂直線"C"所指示的那樣發(fā)生在 沿著水平時間軸大約10微秒處，該不希望的第17個SCLK脈沖實際 上是不想要的被疊加到(例如響應(yīng)ESD事件)正常的SCLK序列上的 脈沖。這在表征串行數(shù)據(jù)SDIN的數(shù)字正弦波"A"中產(chǎn)生不期望的脈 30沖"A1"，并且也在仿真濾波器輸出波形B中產(chǎn)生反常的特征"B1"， 并且還導(dǎo)致在濾波器3中的運(yùn)算溢出，該濾波器3在仿真濾波器輸出波形"B"中導(dǎo)致反常特征"B2"和"B4"。0025即使只發(fā)生一次該輸入短時脈沖波形干擾(以不希望的 第17個SCLK脈沖的形式)，數(shù)字濾波器3的不穩(wěn)定性也會持續(xù)下去。 這是因為遞歸數(shù)字濾波器3的遞歸實現(xiàn)。0026參看圖5，在數(shù)字正弦波"A"被輸入到遞歸濾波器2的每一步中都有16個SCLK脈沖。在水平軸的10微秒點處的垂直線表 示不想要的SCLK脈沖被"插入"仿真過程中的地方。在時間C處的 附加SCLK脈沖只影響三線標(biāo)準(zhǔn)串行接口 2的一個周期，并且該影響 由圖5中的Al表示。這是因為一旦該三線標(biāo)準(zhǔn)串行接口 2的輸入SCLKio和FSYNC變得正常地與SDIN同步，三線標(biāo)準(zhǔn)串行接口 2就得到恢復(fù)， 并且此后很快數(shù)據(jù)通過串行接口 3正確地輸出，這可以從圖5所示的A 波形的后續(xù)部分被看見。然而， 一旦不希望的第17個SCLK脈沖發(fā)生， 該脈沖使上述遞歸濾波器3的方程式不成立，并且因此數(shù)字濾波器3 變得不穩(wěn)定且保持該不穩(wěn)定方式直到復(fù)位濾波器3。圖5中的特征B515顯示在波形B不再跟隨數(shù)字輸入波形A的地方存在發(fā)散性。應(yīng)注意在 濾波器3的物理實現(xiàn)中，發(fā)散的B5實際上更加被突出或夸大并簡單顯 示為"垃圾"。0027圖6是仿真波形，其說明響應(yīng)不希望的FSYNC脈沖，產(chǎn) 生在遞歸數(shù)字濾波器3中的持續(xù)不穩(wěn)定性。圖6中的仿真曲線假定不 20希望的FSYNC脈沖如垂直線"C"所指示的那樣發(fā)生在沿著水平時間 軸大約IO微妙處，該不希望的FSYNC脈沖實際上是不想要的被疊加 到正常的FSYNC序列上(例如響應(yīng)ESD事件)的脈沖。這在仿真濾 波器輸出波形B中產(chǎn)生了反常特征"B1"，并且還由于在遞歸數(shù)字濾 波器3中的運(yùn)算溢出，在經(jīng)濾波的輸出波形"B"中也產(chǎn)生了反常特征 25 "B2"。即使輸入數(shù)據(jù)PARALLEL DATA從沒有被數(shù)字濾波器3錯誤 地讀取，這種情況也會發(fā)生。0028即使以不希望的FSYNC脈沖形式的輸入假信號或短時脈 沖波形千擾只發(fā)生一次，遞歸數(shù)字濾波器3的不穩(wěn)定性也會持續(xù)下去。 "瞬間短時脈沖波形干擾"處于IO微秒處，并且圖6中的波形A表明 30附加FSYNC短時脈沖波形干擾或脈沖不會在數(shù)字輸入波形A中引起 任何誤差。這是因為在附加FSYNC脈沖被插入之后，該串行接口重新載入了輸入數(shù)據(jù)，因此輸入到遞歸濾波器3的當(dāng)前并行數(shù)據(jù)輸入沒 有改變。三線標(biāo)準(zhǔn)串行接口 2不"知道"FSYNC信號有任何問題。然 而，這又使濾波器方程式無效，因此遞歸濾波器3變得不穩(wěn)定，導(dǎo)致 產(chǎn)生圖6的波形B中的反常的特征Bl、 B2和B3，-并導(dǎo)致遞歸濾波 5器3持續(xù)不穩(wěn)定，直到該濾波器3被復(fù)位。0029解決遞歸濾波器不穩(wěn)定性問題的現(xiàn)有技術(shù)是假設(shè)SCLK 和FSYNC脈沖總是關(guān)于串行數(shù)據(jù)SDIN正確地同步，且這通常是合理 的假設(shè)。然而，在這是不合理的假設(shè)的應(yīng)用中，要求用戶或者微控制 器識別問題并復(fù)位遞歸數(shù)字濾波器可能非常不方便。 io0030因此，現(xiàn)有技術(shù)存在對下面的改進(jìn)系統(tǒng)和方法的未滿足的需求該改進(jìn)的系統(tǒng)包括三線接口和遞歸數(shù)字濾波器，而該方法避 免了由數(shù)據(jù)/時鐘誤差導(dǎo)致的持續(xù)的數(shù)字濾波器的不穩(wěn)定性。0031還存在對下面的改進(jìn)系統(tǒng)和方法的未滿足的需求該改 進(jìn)系統(tǒng)包括三線接口和遞歸數(shù)字濾波器，而該方法避免了困擾用戶的 15難題，這些難題是指用戶必須啟動遞歸數(shù)字濾波器的外部復(fù)位控制來 停止數(shù)據(jù)/時鐘誤差導(dǎo)致的數(shù)字濾波器持續(xù)不穩(wěn)定性。0032現(xiàn)有技術(shù)還存在對下面遞歸數(shù)字濾波系統(tǒng)的未滿足的需 求該遞歸數(shù)字濾波系統(tǒng)包括三線串行接口，在該三線串行接口中， 無故障輸入信號不能被合理地采用。20發(fā)明內(nèi)容0033本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供一種改進(jìn)系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng) 包括三線接口和遞歸數(shù)字濾波器，該方法避免由數(shù)據(jù)/時鐘誤差導(dǎo)致的 持久數(shù)字濾波器不穩(wěn)定性。20034本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供一種改進(jìn)系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括三線接口和遞歸數(shù)字濾波器，該方法避免用戶的下面難題用戶 必須啟動并進(jìn)行遞歸數(shù)字濾波器的外部復(fù)位控制來停止作為數(shù)據(jù)/時鐘 誤差的結(jié)果產(chǎn)生的持續(xù)的數(shù)字濾波器的不穩(wěn)定性。0035本發(fā)明的又一個目標(biāo)是提供一種遞歸數(shù)字濾波系統(tǒng)，該遞30歸數(shù)字濾波系統(tǒng)包括三線串行接口，在該三線串行接口中，無故障輸 入信號不能被合理地采用。0036本發(fā)明的又一個目標(biāo)是為使用三線串行接口的過采樣遞歸 數(shù)字濾波器提供良好的輸入故障容忍度。0037簡而言之，并且根據(jù)一個實施例，本發(fā)明提供避免持續(xù)不 穩(wěn)定狀態(tài)的遞歸數(shù)字濾波器電路(IO)，該遞歸數(shù)字濾波器電路(10)將串 5行時鐘信號(SCLK)、同步信號(FSYNC)和串行數(shù)據(jù)輸入(SDIN) 提供給三線串行接口電路(2)的相應(yīng)輸入端以產(chǎn)生被施加到遞歸數(shù)字濾 波器(3)的相應(yīng)輸入端的串行時鐘輸出信號、同步輸出信號和并行數(shù) 據(jù)輸出信號。串行時鐘信號和同步信號被輸入到自動復(fù)位電路(6)， 該自動復(fù)位電路(6)檢測與同步信號或串行時鐘信號相關(guān)聯(lián)的故障，io并且響應(yīng)檢測到的故障，產(chǎn)生復(fù)位信號(ARST)來復(fù)位遞歸數(shù)字濾波 器。自動復(fù)位電路(6)確定串行時鐘輸入信號的頻率與同步輸入信號 的頻率之比是否等于串行時鐘輸入信號(SCLK)和同步信號(FSYNC) 之間的過采樣率N，并且如果該串行時鐘輸入信號的頻率與同步輸入 信號的頻率之比不等于該過采樣率，自動復(fù)位電路(6)產(chǎn)生復(fù)位信號15(ARST)以復(fù)位遞歸數(shù)字濾波器電路(3)。被檢測到的故障與同步 輸入信號(FSYNC)和串行時鐘輸入信號(SCLK)之間的同步相關(guān)聯(lián)。0038在所描述的實施例中，本發(fā)明提供自動復(fù)位遞歸數(shù)字濾波 器電路(10)，該自動復(fù)位遞歸數(shù)字濾波器電路(10)包括三線串行 接口電路(2)，其接收串行時鐘輸入信號(SCLK)、同步輸入信號20 (FSYNC)和串行數(shù)據(jù)輸入信號(SDIN)并且響應(yīng)這三個信號，產(chǎn)生 串行時鐘輸出信號、同步輸出信號和并行數(shù)據(jù)輸出信號(PARALLEL DATA)。遞歸數(shù)字濾波器電路(3)被耦合以接收串行時鐘輸出信號、 同步輸出信號和并行數(shù)據(jù)輸出信號，并且響應(yīng)這三個信號，產(chǎn)生經(jīng)濾 波的過采樣數(shù)據(jù)輸出信號。輸入故障檢測電路(6)具有分別被耦合以25接收串行時鐘輸入信號(SCLK)和同步輸入信號(FSYNC)的第一和 第二輸入端，并且檢測與同步輸入信號(FSYNC)和串聯(lián)時鐘輸入信 號(SCLK)之一相關(guān)聯(lián)的故障，并且響應(yīng)檢測到的故障產(chǎn)生復(fù)位信號 (ARST)，該復(fù)位信號被耦合來復(fù)位遞歸數(shù)字濾波器電路(3)。0039在所描述的實施例中，輸入故障檢測電路(6)確定串行30時鐘輸入信號的頻率與同步輸入信號的頻率之比是否等于串行時鐘輸 入信號(SCLK)和同步輸入信號(FSYNC)之間的過采樣率N，并且如果該串行時鐘輸入信號的頻率與同步輸入信號的頻率之比不等于該過采樣率，輸入故障檢測電路(6)產(chǎn)生復(fù)位信號(ARST)以復(fù)位遞 歸數(shù)字濾波器電路(3)。輸入故障檢測電路(6)因此檢測到該故障， 其中所述故障與同步輸入信號(FSYNC)和串行時鐘輸入信號(SCLK) 5之間的同步相關(guān)聯(lián)，并且如果串行時鐘輸入信號(SCLK)的N個脈沖 沒有在同步輸入信號(FSYNC)的連續(xù)脈沖之間發(fā)生，該輸入故障檢 測電路(6)工作以產(chǎn)生復(fù)位信號(ARST)。復(fù)位信號(ARST)通過 復(fù)位遞歸數(shù)字濾波器電路(3)的寄存器(55、 58、 64和66)來復(fù)位 遞歸數(shù)字濾波器電路(3)。io0040在所描述的實施例中，三線串行接口電路(2)產(chǎn)生為零階保持信號(xl(n))的并行數(shù)據(jù)輸出信號(PARALLEL DATA)的值， 并且所述遞歸數(shù)字濾波器3包括耦合以接收零階保持信號(xl(n))的 SYNCN濾波器，其中零階保持信號(xl(n))和SYNCN濾波器起到提 供SYNC(N+1)濾波的功能。10041在所描述的實施例中，三線串行接口電路(2)包括第一組N個觸發(fā)器(51-1...8)和第二組N個觸發(fā)器(52-1...8)，第— 組的第一個(51-1)觸發(fā)器的輸入被耦合以接收串行數(shù)據(jù)輸入信號 (SDIN)，除了第一組的最后一個觸發(fā)器(51-8)之外，第一組觸發(fā) 器的每個觸發(fā)器的輸出被耦合至第一組的下一個后續(xù)觸發(fā)器的輸入20端，第一組觸發(fā)器的每個的時鐘輸入端接收串行時鐘輸入信號 (SCLK)，第一組觸發(fā)器的每個的輸出端分別耦合至第二組的相應(yīng)觸 發(fā)器的輸入端，第二組觸發(fā)器的每個響應(yīng)同步輸入信號(FSYNC)被 計時，第二組觸發(fā)器的輸出端產(chǎn)生并行數(shù)據(jù)輸出信號(DO, 1...7)。 輸入故障檢測電路(6)包括脈沖產(chǎn)生電路(14， 15， 16， 17， 18)，25該脈沖產(chǎn)生電路可以用于響應(yīng)同步輸入信號(FSYNC)以產(chǎn)生響應(yīng)同 步輸入信號(FSYNC)的相應(yīng)的邊沿連續(xù)脈沖的內(nèi)部復(fù)位信號(RST); 計數(shù)器電路(28)，其響應(yīng)串行時鐘輸入信號(SCLK)的每個脈沖而 可用于使其中的計數(shù)增加，響應(yīng)內(nèi)部復(fù)位信號(RST)，計數(shù)器電路(28) 可復(fù)位；該輸入故障檢測電路(6)還包括解碼電路(36， 37)，該解30碼電路(36， 37)用于識別串行時鐘輸入信號(SCLK)的N個脈沖是 否已經(jīng)在連續(xù)的內(nèi)部復(fù)位信號(RST)之間發(fā)生并且鎖存一種狀態(tài)，該狀態(tài)指示串行時鐘輸入信號(SCLK)的N個脈沖是否已經(jīng)在連續(xù)內(nèi)部 復(fù)位信號(RST)之間發(fā)生，如果串行時鐘輸入信號(SCLK)的N個 脈沖還沒有在連續(xù)內(nèi)部復(fù)位信號(RST)之間發(fā)生，即產(chǎn)生復(fù)位信號 (ARST)以便復(fù)位該遞歸數(shù)字濾波器(3)。輸入故障檢測電路(6)5也包括門電路(42)，該門電路具有被耦合至解碼電路(36， 37)的 第一輸入和被耦合至外部復(fù)位信號(EXRST)的第二輸入以允許遞歸 數(shù)字濾波器電路(3)的外部復(fù)位。0042在一個實施例中，本發(fā)明提供自動復(fù)位遞歸數(shù)字濾波器電 路(10)，該自動復(fù)位遞歸數(shù)字濾波器電路(10)包括用于將串行io時鐘輸入信號(SCLK)、同步輸入信號(FSYNC)和串行數(shù)據(jù)輸入信 號(SDIN)施加到三線串行接口電路(2)的相應(yīng)輸入端以產(chǎn)生串行時 鐘輸出信號、同步輸出信號和并行數(shù)據(jù)輸出信號(PARALLEL DATA) 的裝置；用于將串行時鐘輸出信號、同步輸出信號和并行數(shù)據(jù)輸出信 號施加到遞歸數(shù)字濾波器電路(3)的相應(yīng)輸入端以產(chǎn)生經(jīng)濾波的過采15樣數(shù)據(jù)輸出信號的裝置；用于監(jiān)控串行時鐘輸入信號(SCLK)和同步 輸入信號(ESYNC)以檢測與同步輸入信號(FSYNC)和串行時鐘輸 入信號(SCLK)之一相關(guān)聯(lián)的故障的裝置(14-16， 28， 36);以及 裝置(39， 37)，如果串行時鐘輸入信號(SCLK)的頻率與同步輸入信 號(FSYNC)的頻率之比不等于串行時鐘信號(SCLK)和同步輸入信號20 (FSYNC)之間的過采樣率，該裝置(39， 37)用于響應(yīng)檢測到的故 障產(chǎn)生復(fù)位信號(ARST)并將該復(fù)位信號(ARST)耦合至遞歸數(shù)字 濾波器電路(3)的復(fù)位輸入端(4A)以復(fù)位該遞歸數(shù)字濾波器電路(3)。


20043圖1是包括三線標(biāo)準(zhǔn)串行接口和遞歸數(shù)字濾波器的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的框圖。0044圖2A是圖1的方框2中的傳統(tǒng)三線標(biāo)準(zhǔn)串行接口的更詳 細(xì)的圖。0045圖2B是用于理解圖2A中所示的三線標(biāo)準(zhǔn)串行接口電路 30的工作時序圖。0046圖3A是圖1的方框3中所示的遞歸數(shù)字濾波器的SYNC3實現(xiàn)的硬件實現(xiàn)圖。0047圖3B是示出基本的SYNC3濾波器的傳遞函數(shù)的圖。0048圖3C是有助于理解圖3A和3B中所示的SYNC3濾波器 的工作的圖。0049圖4是通過圖1的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)由正常的數(shù)字濾波所產(chǎn)生的波形。0050圖5是說明響應(yīng)不希望的第17個SCLK脈沖，在圖1的 現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的數(shù)字濾波器中產(chǎn)生的持久不穩(wěn)定性的波形圖。0051圖6是說明響應(yīng)不希望的FSYNC脈沖，在現(xiàn)有技術(shù)圖1 io的數(shù)字濾波器中產(chǎn)生的持久不穩(wěn)性的波形圖。0052圖7是本發(fā)明的框圖。0053圖8A是圖7的故障檢測/復(fù)位電路的詳細(xì)邏輯圖。0054圖8B包括有助于解釋圖8A的故障檢測/復(fù)位電路的工作的圖。10055圖9是說明響應(yīng)不希望的第17個SCLK脈沖，在圖7的數(shù)字濾波器中產(chǎn)生的不穩(wěn)定性的快速解決或固定波形圖。0056圖10是說明響應(yīng)不希望的FSYNC脈沖，在圖7的數(shù)字濾波器中產(chǎn)生的不穩(wěn)定性的快速解決波形圖。20具體實施方式
0057如前所述，數(shù)字故障可能發(fā)生在數(shù)字過采樣濾波器經(jīng)由串 行接口控制的系統(tǒng)中。因此，或許重要的是包括數(shù)字過采樣濾波器的 系統(tǒng)具有監(jiān)控/檢測這些故障的能力，以提供用于數(shù)字過采樣濾波器從 這些故障中恢復(fù)而不是進(jìn)入持久不穩(wěn)定狀態(tài)的方法。20058當(dāng)前面描述的SYNC濾波器方程式(2)是無效的，沒有機(jī)制確保濾波器的穩(wěn)定性。有兩種故障可能使以上濾波器方程式無效。 一種是發(fā)生在集成電路中的"內(nèi)部故障"。假設(shè)集成電路通過了性能、 質(zhì)量測試和最終測試，這種內(nèi)部故障的概率通常被假設(shè)為零且因此不 被處理。第二種故障是"輸入故障"。輸入故障可以由于與印刷電路30板設(shè)計、ESD事件或者由其它外部因素(例如閃電)引起的電過壓等 相關(guān)的噪聲產(chǎn)生。輸入誤差也可以由于在微控制器或DSP (數(shù)字信號處理器)編程過程中的間斷和難于調(diào)試的軟件問題而偶然發(fā)生。如果 輸入故障在特定應(yīng)用中是不能容忍的，必須提供合適的數(shù)字濾波器恢 復(fù)機(jī)制以阻止在輸入故障事件中不可避免地發(fā)生的持續(xù)的濾波器的不 穩(wěn)定性。0059圖7示出根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)的三線串行接口系統(tǒng)10的方框圖，包括現(xiàn)有技術(shù)圖1中所示的同種傳統(tǒng)三線標(biāo)準(zhǔn)串行接口2 。三 線標(biāo)準(zhǔn)串行接口 2的輸出耦合到傳統(tǒng)遞歸數(shù)字濾波器3的相應(yīng)輸入端。 三線標(biāo)準(zhǔn)串行接口 2接收串行數(shù)據(jù)輸入信號SDIN、-相應(yīng)的串行時鐘 信號SCLK和同步信號SYNC，并且做出響應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)據(jù)信號并io 行格式的PARALLEL DATA， SCLK禾卩FSYNC，作為到如在現(xiàn)有技術(shù) 圖1中的遞歸數(shù)字濾波器3的合適的同步輸入；以及做出響應(yīng)，圖7 中的遞歸數(shù)字濾波器3產(chǎn)生經(jīng)濾波的輸出信號過采樣數(shù)據(jù) (OVERSAMPLED DATA)。圖7的系統(tǒng)10也包括輸入信號故障檢 測/復(fù)位電路6，該輸入信號故障檢測/復(fù)位電路6具有與FSYNC連15接的一個輸入；與SCLK連接的另一個輸入；以及一個輸出，如果頻 率之比fsox/fFsvNc表明在兩個連續(xù)的FSYNC信號(對OSR，即"過采 樣率"=OSR=N=16)之間不存在正好的N46個SCLK周期，也就是 說，如果在一個FSYNC周期期間SCLK脈沖計數(shù)不是剛好16，該輸 出自動產(chǎn)生自動復(fù)位信號ARST。 fscuc /fFSYNC誤差信號ARST是復(fù)位信20號，該復(fù)位信號對數(shù)字遞歸濾波器3的全部內(nèi)部寄存器清零并重新啟 動內(nèi)部時鐘信號。(當(dāng)然，可以使用周期之比Tm皿/T^k替代，該周期 之比T畫c/T證等于(且完全等于)頻率之比f證/f國c。)0060在數(shù)據(jù)流SDIN中的位誤差不被當(dāng)作輸入故障，因為數(shù)字 濾波器3無法確定所接收的數(shù)據(jù)信號PARALLEL DATA是否是正確25的。g卩，SDIN故障不能被修復(fù)，但是只要這些故障不是持久的，它們 一般也是無害的。例如，當(dāng)其46個抽頭脈沖響應(yīng)與SDIN瞬時故障做 巻積時，由于其FIR本性，上面描述的基本SYNC濾波器將從SDIN 故障恢復(fù)。因為基本SYNC濾波器的特性，如果存在數(shù)據(jù)誤差僅使串 行輸入數(shù)據(jù)SDIN不正確，該數(shù)據(jù)誤差的影響將在下一個46個數(shù)據(jù)字30之后全部被消除。這與輸入故障相反，該輸入故障實際上是與FSYNC 或SCLK相關(guān)聯(lián)的同步誤差，因為這種同步誤差把除了通過復(fù)位濾波器之外不能消除的不穩(wěn)定性引入SYNC濾波器。這樣，因為SDIN數(shù) 據(jù)誤差將迅速被"遺忘"(即，下一個46個SCLK周期之后)，所以 在串行輸入數(shù)據(jù)SDIN中的數(shù)據(jù)誤差幾乎不如在FSYNC或SCLK中的 同步誤差一樣重要，然而，在FSYNC或SCLK中的同步誤差導(dǎo)致遞歸 5濾波器3中持續(xù)的不穩(wěn)定性，該歸濾波器3中持久的不穩(wěn)定性只可能 通過復(fù)位遞歸濾波器3的寄存器并重新啟動其內(nèi)部時鐘信號而被消除 掉。0061圖8A是圖7的故障檢測/復(fù)位電路6的詳細(xì)邏輯圖。FSYNC 被施加到緩沖器12的輸入終端11，緩沖器12的輸出端被連接到另一io個緩沖器13的輸入端。緩沖器13的輸出端被連接到包括緩沖器14和 15、 NAND門16、倒相器17和OR門19的脈沖發(fā)生器電路。緩沖器 13的輸出端被連接至緩沖器14的輸入端和倒相器17的輸入端。緩沖 器14的輸出端被連接到緩沖器15的輸入端，緩沖器15的輸出端被連 接到NAND門16的一個輸入端。倒相器17的輸出端被連接到NAND15門16的另一個輸入端。NAND門16的輸出端通過導(dǎo)線18連接至OR 門19的一個輸入端，OR門19的另一個輸入端被導(dǎo)線20耦合至信號 POR (上電復(fù)位信號)。0062AND門19的輸出在導(dǎo)線21上產(chǎn)生內(nèi)部復(fù)位信號RST， 該導(dǎo)線21連接至格雷碼(Gray code)計數(shù)器28的復(fù)位輸入端。(計20數(shù)器28也可以作為二進(jìn)制計數(shù)器以不同方式被實現(xiàn))。計數(shù)器28由 SCLK來計時。計數(shù)器28的輸出是多導(dǎo)線總線29，多導(dǎo)線總線29的 導(dǎo)線分別連接到NAND門36的輸入端30、 32和35以及倒相器34的 輸入端33。倒相器33的輸出連接到NAND門36的另一個輸入端。 NAND門36的輸出連接到觸發(fā)器37的D輸入端，該觸發(fā)器37由倒25相器39的輸出來計時，倒相器39具有被導(dǎo)線11連接到FSYNC的輸 入端。觸發(fā)器37的復(fù)位輸入由導(dǎo)體22連接至上電復(fù)位信號POR。觸 發(fā)器37的Q輸出端連接至倒相器41的輸入端，倒相器41的輸出端連 接至AND門42的一個輸入端，AND門42的另一個輸入端經(jīng)導(dǎo)線43 耦合至外部復(fù)位信號EXRST。 AND門42的輸出端產(chǎn)生經(jīng)導(dǎo)線4A連30接至圖7的遞歸數(shù)字濾波器3的復(fù)位輸入端的自動復(fù)位信號ARST。0063接口監(jiān)控器6實際上監(jiān)控施加到三線標(biāo)準(zhǔn)接口電路2的各輸入端的SCLK和FSYNC信號之間的同步。每當(dāng)FSYNC下降，終端 21產(chǎn)生內(nèi)部復(fù)位脈沖RST。這產(chǎn)生內(nèi)部復(fù)位信號RST。方框28包括 每當(dāng)FSYNC下降時通過RST得到復(fù)位的無短時脈沖波形干擾的計數(shù) 器。每當(dāng)計數(shù)器28沒有存儲二進(jìn)制數(shù)15時，D型觸發(fā)器的輸出被設(shè) 5定或者被復(fù)位。因此當(dāng)FSYNC降到低電平時，希望從計數(shù)器28中計 數(shù)到15。如果上限為15的該計數(shù)不發(fā)生，NAND門36的輸出變成邏 輯"1"。觸發(fā)器37僅僅當(dāng)監(jiān)控器復(fù)位電路6上電時復(fù)位。這很重要， 因為當(dāng)接通電源時，包括圖7的三線標(biāo)準(zhǔn)接口2、遞歸濾波器3和故障 檢測/復(fù)位電路6的完整系統(tǒng)10應(yīng)該恰當(dāng)?shù)乇怀跏蓟?。FSYNC也被施
io加到在倒相器39的輸入端的導(dǎo)線11，該倒相器39為觸發(fā)器37計時。 因此，每當(dāng)FSYNC降低，自動復(fù)位信號ARST因此更新，且ARST 被同步化到FSYNC。到AND門42的輸入43是一個可以被希望從外 部復(fù)位該系統(tǒng)的用戶所啟動的外部復(fù)位信號。
0064包括方框12-19的電路被配置作脈沖發(fā)生器，該脈沖發(fā)生
15器被觸發(fā)產(chǎn)生帶有固有延遲的每個FSYNC脈沖。方框28是5位格雷 碼計數(shù)器。多輸入NAND門36檢測是否己經(jīng)接收到在兩個連續(xù)FSYNC 脈沖之間的16個SCLK脈沖。觸發(fā)器37存儲復(fù)位信息，并且由FSYNC 來計時。觸發(fā)器37通過由脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的信號RST在每個FSYNC 脈沖處被復(fù)位以確保在每個FSYNC時間幀或周期期間獲取由SCLK脈
20沖觸發(fā)的從0至15的新計數(shù)。到AND門42的外部輸入EXRST允許 手動產(chǎn)生濾波器復(fù)位信號ARST。(應(yīng)了解的是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可 以找到許多方法來設(shè)計接口電路6以獲得同樣的結(jié)果。)
0065圖8B示出上面描述的自動復(fù)位脈沖ARST的波形。當(dāng)?shù)?一 FSYNC下降沿出現(xiàn)時，接口故障檢測復(fù)位電路6以ARST低電平
25開始。只要Tf，c/Tsclk之比不等于16， ARST就保持低電平，該低電平 ARST復(fù)位數(shù)字濾波器3。當(dāng)Tfs雷/T^k等于16時，ARST進(jìn)入高電平， 該高電平ARST從數(shù)字濾波器3中移除復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)T^^e/i;^不再等 于16因此指示輸入故障發(fā)生時，ARST返回到低復(fù)位電平并且復(fù)位遞 歸數(shù)字濾波器3。
300066圖9和10示出當(dāng)所接收的時鐘數(shù)字不嚴(yán)格等于過采樣率
N時，圖7的過采樣SYNC3濾波器如何進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)。0067圖9是說明響應(yīng)不希望的第17個SCLK脈沖，在圖7的 遞歸濾波器3中所產(chǎn)生的不穩(wěn)定性的快速解決波形圖。監(jiān)控器6產(chǎn)生 單FSYNC幀的自動復(fù)位脈沖并因此使遞歸濾波器3去平滑各種不正確 的輸入序列而不進(jìn)入持久不穩(wěn)定狀態(tài)。由于該不希望的第17個SCLK 5脈沖，只有數(shù)據(jù)輸入流SDIN的一個數(shù)據(jù)字節(jié)不正確地讀入，緊跟著立 即全面恢復(fù)。圖5中的仿真或模擬曲線假設(shè)不希望的第17個SCLK脈 沖如垂直線"C"所指示的那樣沿著水平時間軸在大約10微秒處發(fā)生， 該第17個SCLK脈沖實際上是不想要的疊加在正常SCLK序列上的脈 沖。這導(dǎo)致在數(shù)字正弦波"A"中只有一個不期望的脈沖"A1"，和
在經(jīng)濾波的輸出波形"B"中不正常的特征"B1"。遞歸數(shù)字濾波器3 的不穩(wěn)定"B2"并不持續(xù)通過立即跟隨有所述不期望的第17個SCLK 脈沖的經(jīng)濾波的輸出波形"B"的最小電平"B3"。因此，輸入狀態(tài)監(jiān) 控器電路6提供來自該不希望的第17個SCLK脈沖的數(shù)字遞歸濾波器 3的快速自動恢復(fù)。這與現(xiàn)有技術(shù)圖5所表明的遞歸數(shù)字濾波器3的持
久不穩(wěn)定性直接相反。
0068圖10示出響應(yīng)不希望的FSYNC脈沖的在圖7的遞歸數(shù) 字濾波器3中產(chǎn)生的不穩(wěn)定的快速解決波形。監(jiān)控器6產(chǎn)生用于兩個 連續(xù)FSYNC幀的自動復(fù)位脈沖并因此使遞歸濾波器3去平滑各種不正 確輸入序列而不會進(jìn)入持續(xù)不穩(wěn)定狀態(tài)。圖5中的仿真曲線"A"和"B"
假定不希望的FSYNC脈沖如垂直線"C"所指示的那樣沿著水平時間 軸在大約10微秒處發(fā)生，該FSYNC脈沖效果上是不想要的疊加到正 常FSYNC序列上的脈沖。這使在經(jīng)濾波的輸出波形"B"中只有一個 不正常特征"B1"，但是并不影響數(shù)字輸入波形"A"。遞歸數(shù)字濾 波器3的不穩(wěn)定"B2"并不持續(xù)通過緊跟有該不期望的FSYNC脈沖
的經(jīng)濾波的輸出波形"B"的最小電位"B2"。因此，輸入狀態(tài)故障檢 測/復(fù)位電路6提供來自所述不希望的FSYNC脈沖的數(shù)字遞歸濾波器3 的快速且自動恢復(fù)。這也與如現(xiàn)有技術(shù)圖6中所表明的遞歸數(shù)字濾波 器3的持久不穩(wěn)定性直接相反。
0069因此，本發(fā)明提供一種簡單數(shù)字信號監(jiān)控電路(1)其
使用計數(shù)器以確保兩個連續(xù)FSYNC信號(OSR-16)之間有剛好16個 SCLK周期，以及(2)如果SCLK計數(shù)不是剛好16，故障檢測/復(fù)位電路6發(fā)送復(fù)位信號并清除遞歸數(shù)字濾波器的全部內(nèi)部寄存器，重新 啟動內(nèi)部時鐘。
0070在工作過程中，如果數(shù)據(jù)完整性或同步誤差被檢測到，圖 7和8A的輸入信號故障檢測/復(fù)位電路6連續(xù)監(jiān)控SCLK、 FSYNC和 5 SDIN信號并自動產(chǎn)生數(shù)字濾波器復(fù)位信號ARST;并且如果檢測到 SCLK或FSYNC中的數(shù)字輸入誤差，圖7和8A的輸入信號故障檢測/ 復(fù)位電路6自動地將該復(fù)位信號ARST施加到遞歸數(shù)字濾波器3的復(fù) 位輸入。這阻止在遞歸數(shù)字濾波器3中發(fā)生持續(xù)不穩(wěn)定狀態(tài)。本發(fā)明 因此獲得用于使用三線串行接口的過采樣數(shù)字濾波器的良好的輸入故 io障容忍度。
0071所描述的方法和系統(tǒng)通常是可應(yīng)用的數(shù)字過采樣濾波器， 該數(shù)字過采樣濾波器通過使用諸如SPI接口的串行接口進(jìn)行外部計時。 盡管所描述的實現(xiàn)是為遞歸過采樣FIR濾波器提供的，但由于這些過 采樣IIR濾波器的遞歸本性，同樣的概念適用于這些過采樣IIR濾波器。
15 —個實際的集成電路的實施已經(jīng)被構(gòu)造和測試，并且包括三線串行接 口和基于數(shù)字計數(shù)器的電路，當(dāng)在兩個連續(xù)的FSYNC信號之間不存在 正好N (即，OSR)個SCLK周期時，該基于數(shù)字計數(shù)器的電路復(fù)位 在遞歸濾波器3中的寄存器和時鐘分配器。
0072上面描述的容錯電路包括耦合至遞歸數(shù)字濾波器的三線標(biāo)
20準(zhǔn)串行接口電路，該容錯電路對于在極端環(huán)境中的某些應(yīng)用很有用， 例如在導(dǎo)彈應(yīng)用中或者在太空應(yīng)用中很有用，例如，太空應(yīng)用中宇宙 射線可能引起輸入信號同步誤差，這些場合假定的電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性 不合理。
0073上面描述的發(fā)明的其它優(yōu)勢包括電路魯棒性、與現(xiàn)有硬件 25兼容性以及簡單易行性。
0074雖然已經(jīng)參考本發(fā)明的幾個特定實施例對其進(jìn)行了描述， 但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠?qū)Ρ景l(fā)明的所描述的實施例作不同修改 而不偏離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種自動復(fù)位遞歸數(shù)字濾波器電路，包括三線串行接口電路，其接收串行時鐘輸入信號、同步輸入信號和串行數(shù)據(jù)輸入信號，并且響應(yīng)這三個輸入信號，產(chǎn)生串行時鐘輸出信號、同步輸出信號和并行數(shù)據(jù)輸出信號；遞歸數(shù)字濾波器電路，其被耦合以接收所述串行時鐘輸出信號、所述同步輸出信號和所述并行數(shù)據(jù)輸出信號，并且響應(yīng)這三個輸出信號，產(chǎn)生經(jīng)濾波的過采樣數(shù)據(jù)輸出信號；以及輸入故障檢測電路，其具有分別被耦合以接收所述串行時鐘輸入信號和所述同步輸入信號的第一和第二輸入，用以檢測與所述同步輸入信號和所述串行時鐘輸入信號之一相關(guān)聯(lián)的故障并且響應(yīng)檢測到的故障產(chǎn)生復(fù)位信號，該復(fù)位信號被耦合用來復(fù)位所述遞歸數(shù)字濾波器電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動復(fù)位遞歸數(shù)字濾波器電路，其中，所述輸入故障檢測電路確定所述串行時鐘輸入信號的頻率與所述同步輸入 信號的頻率之比是否等于所述串行時鐘輸入信號和所述同步輸入信號之間的過采樣率N，并且如果所述比不等于所述過采樣率就產(chǎn)生所述復(fù)位信號以復(fù)位所述遞歸數(shù)字濾波器電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動復(fù)位遞歸數(shù)字濾波器電路，其中，所 述三線串行接口電路包括第一組N個觸發(fā)器的和第二組N個觸發(fā)器，所 述第一組的第一個觸發(fā)器的輸入被耦合以接收所述串行數(shù)據(jù)輸入信號， 除了所述第一組的最后一個觸發(fā)器之外，所述第一組觸發(fā)器的每個觸發(fā)25器的輸出被耦合至所述第一組的下一個相繼觸發(fā)器的輸入，所述第一組觸發(fā)器的每個觸發(fā)器的時鐘輸入接收所述串行時鐘輸入信號，所述第一 組觸發(fā)器的每個觸發(fā)器的輸出分別被耦合至所述第二組的相應(yīng)觸發(fā)器的 輸入，所述第二組觸發(fā)器的每個觸發(fā)器響應(yīng)所述同步輸入信號進(jìn)行計時， 所述第二組觸發(fā)器的輸出產(chǎn)生所述并行數(shù)據(jù)輸出信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動復(fù)位遞歸數(shù)字濾波器電路，其中，所 述第一組觸發(fā)器的每個和所述第二組觸發(fā)器的每個觸發(fā)器是D型觸發(fā) 器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、 3或4所述的自動復(fù)位遞歸數(shù)字濾波器，其中， 所述輸入故障檢測電路包括脈沖產(chǎn)生電路；其可用于響應(yīng)所述同步輸 入信號以產(chǎn)生響應(yīng)所述同步輸入信號的相應(yīng)的邊沿連續(xù)脈沖的內(nèi)部復(fù)位 信號；計數(shù)器電路，其可用于響應(yīng)所述串行時鐘輸入信號的每個脈沖使 其中的計數(shù)增加，所述計數(shù)器電路響應(yīng)所述內(nèi)部復(fù)位信號可復(fù)位；所述10輸入故障檢測電路還包括解碼電路，該解碼電路用于識別所述串行時鐘 輸入信號的N個脈沖是否已經(jīng)在連續(xù)的內(nèi)部復(fù)位信號之間發(fā)生和鎖存一 種狀態(tài)，該狀態(tài)指示所述串行時鐘輸入信號的N個脈沖是否已經(jīng)在所述 連續(xù)的內(nèi)部復(fù)位信號之間發(fā)生，如果所述串行時鐘輸入信號的N個脈沖 還沒有在所述連續(xù)的內(nèi)部復(fù)位信號之間發(fā)生，就產(chǎn)生所述復(fù)位信號以復(fù)15位所述遞歸數(shù)字濾波器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動復(fù)位遞歸數(shù)字濾波器電路，其中，所 述計數(shù)器是格雷碼計數(shù)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動復(fù)位遞歸數(shù)字濾波器電路，其中，所 述輸入故障檢測電路包括門電路，該門電路具有被耦合至所述解碼電路 的第一輸入和被耦合至外部復(fù)位信號的第二輸入，以允許所述遞歸數(shù)字 濾波器電路進(jìn)行外部復(fù)位。
8.—種操作遞歸數(shù)字濾波器電路以阻止其中持續(xù)不穩(wěn)定狀態(tài)的方法，所述方法包括將串行時鐘輸入信號、同步輸入信號和串行數(shù)據(jù)輸入信號施加到三線 串行接口電路的相應(yīng)輸入以產(chǎn)生串行時鐘輸出信號、同步輸出信號和并行數(shù)據(jù)輸出信號； 將所述串行時鐘輸出信號、所述同步輸出信號和所述并行數(shù)據(jù)輸出信號施加到遞歸數(shù)字濾波器電路的相應(yīng)輸入以產(chǎn)生經(jīng)濾波的過采樣數(shù)據(jù)輸出信號；監(jiān)控所述串行時鐘輸入信號和所述同步輸入信號以檢測與所述同步 輸入信號和所述串行時鐘輸入信號之一相關(guān)聯(lián)的故障；以及 5響應(yīng)檢測到的故障，產(chǎn)生復(fù)位信號并將所述復(fù)位信號耦合到所述遞歸 數(shù)字濾波器電路的復(fù)位輸入。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟(c)包括確定所述串行 時鐘輸入信號的頻率與所述同步輸入信號的頻率之比是否等于所述串行io時鐘輸入信號和所述同步信號之間的過采樣率N，并且如果所述比不等 于所述過采樣率就產(chǎn)生所述復(fù)位信號以復(fù)位所述遞歸數(shù)字濾波器電路。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟(c)包括檢測與所述同 步輸入信號和所述串行時鐘輸入信號之間的同步相關(guān)聯(lián)的故障。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8、 9或10所述的方法，包括通過復(fù)位所述遞歸數(shù)字 濾波器電路的寄存器來復(fù)位所述遞歸數(shù)字濾波器電路。
12. —種自動復(fù)位遞歸數(shù)字濾波器電路，包括 用于將串行時鐘輸入信號、同步輸入信號和串行數(shù)據(jù)輸入信號施加到三線串行接口電路的相應(yīng)輸入以產(chǎn)生串行時鐘輸出信號、同步輸出信 號和并行數(shù)據(jù)輸出信號的裝置；用于將所述串行時鐘輸出信號、所述同步輸出信號和所述并行數(shù)據(jù) 輸出信號施加到遞歸數(shù)字濾波器電路的相應(yīng)輸入以產(chǎn)生經(jīng)濾波的過采樣 25數(shù)據(jù)輸出信號的裝置；用于監(jiān)控所述串行時鐘輸入信號和所述同步輸入信號以檢測與所述 同步輸入信號和所述串行時鐘輸入信號之一相關(guān)聯(lián)的故障的裝置；如果所述串行時鐘輸入信號的頻率與所述同步輸入信號的頻率之比 不等于所述串行時鐘信號和所述同步輸入信號之間的過采樣率，用于響 30應(yīng)檢測到的故障產(chǎn)生復(fù)位信號并將所述復(fù)位信號耦合至所述遞歸數(shù)字濾波器電路的復(fù)位輸入以復(fù)位所述遞歸數(shù)字濾波器電路的裝置。
全文摘要
避免持續(xù)不穩(wěn)定狀態(tài)的遞歸數(shù)字濾波器(3)電路，該遞歸數(shù)字濾波器(3)電路給三線串行接口電路(2)的相應(yīng)輸入端提供串行時鐘信號、同步信號和串行數(shù)據(jù)輸入，以產(chǎn)生被施加到遞歸數(shù)字濾波器的相應(yīng)輸入端的串行時鐘輸出信號、同步輸出信號和并行數(shù)據(jù)輸出信號。串行時鐘信號和同步信號被輸入到自動復(fù)位電路(6)，該自動復(fù)位電路(6)檢測與同步信號或串行時鐘信號相關(guān)聯(lián)的故障并響應(yīng)檢測到的故障，產(chǎn)生復(fù)位信號來復(fù)位遞歸數(shù)字濾波器。
文檔編號H03M1/10GK101258682SQ200680032450
公開日2008年9月3日 申請日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月7日
發(fā)明者T·庫耶爾 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司