本發(fā)明涉及一種具備幀對齊功能的高速串并轉(zhuǎn)換電路，屬于高速串行通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著集成電路性能的不斷提高和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)的通信和交換量越來越大，在實(shí)際系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通信方案也日益繁雜，串行通信以其低成本、高傳輸距離、高傳輸速率的特性脫穎而出，串行通信的廣泛應(yīng)用使得高速串并轉(zhuǎn)換電路成為通信系統(tǒng)中必不可少的一部分。

目前有使用數(shù)字調(diào)相電路實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換的方案，但是專用數(shù)字調(diào)相芯片不夠靈活，可編程數(shù)字調(diào)相芯片成本太高，并且數(shù)字調(diào)相電路引腳太多，無形中增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。比如，申請?zhí)?01310685028.9的發(fā)明專利提出基于fpga的高速串并轉(zhuǎn)換電路，通過對輸入數(shù)字信號進(jìn)行移相，用時(shí)鐘上升沿采樣數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換。

申請?zhí)?01510727717.0的發(fā)明專利中，一種基于時(shí)鐘調(diào)相的串并轉(zhuǎn)換電路，沒有幀對齊結(jié)構(gòu)，如果數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)做的不好，采樣之后組幀容易產(chǎn)生錯位，導(dǎo)致最后輸出的并行數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提出一種具備幀對齊功能的高速串并轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)高速串行數(shù)據(jù)到并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，其結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活，可靠性高，能夠滿足高速串行通信系統(tǒng)中串并轉(zhuǎn)換的要求。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述具備幀對齊功能的高速串并轉(zhuǎn)換電路，包括時(shí)鐘管理模塊、串行數(shù)據(jù)采樣及解串模塊、幀對齊模塊，所述時(shí)鐘管理模塊的輸入端連接輸入時(shí)鐘，時(shí)鐘管理模塊的輸出端分別連接串行數(shù)據(jù)采樣及解串模塊、幀對齊模塊，串行數(shù)據(jù)采樣及解串模塊的輸入端連接串行數(shù)據(jù)輸入，串行數(shù)據(jù)采樣及解串模塊的輸出端連接幀對齊模塊；所述時(shí)鐘管理模塊用于產(chǎn)生串行數(shù)據(jù)采樣及解串模塊和幀對齊模塊所需的各種相位的時(shí)鐘；所述串行數(shù)據(jù)采樣及解串模塊對串行數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，利用時(shí)鐘管理模塊輸出的時(shí)鐘進(jìn)行上升沿和下降沿的同步采樣，并利用移位寄存器組幀成并行數(shù)據(jù)；所述幀對齊模塊對前級的并行數(shù)據(jù)進(jìn)行幀對齊，比對發(fā)送數(shù)據(jù)和組幀之后的并行數(shù)據(jù)，根據(jù)比對結(jié)果對并行數(shù)據(jù)進(jìn)行移位重組，保證最終并行輸出的準(zhǔn)確性。

具體的，所述時(shí)鐘管理模塊中，兩路時(shí)鐘靈活可配，用于幀對齊模塊的時(shí)鐘根據(jù)幀速率產(chǎn)生相應(yīng)時(shí)鐘，用于采樣的時(shí)鐘能夠配置成各種相位。

具體的，用于采樣和解串時(shí)鐘的相位由兩個寄存器控制，第一寄存器控制相位分為四等份，第二寄存器在每一等份里又將相位分為256等份，控制這兩個寄存器的值可以高精度覆蓋時(shí)鐘全相位，保證采樣的正確性。

具體的，采樣時(shí)鐘相位點(diǎn)很多，為了選取最佳采樣時(shí)鐘，采取遍歷算法，電路自動配置第一寄存器和第二寄存器，遍歷所有相位點(diǎn)，從中選取最佳采樣時(shí)鐘。

具體的，所述時(shí)鐘管理模塊包括互相連接的pll模塊和參數(shù)配置模塊，pll模塊是模擬電路，能夠根據(jù)需求產(chǎn)生不同頻率、不同相位的時(shí)鐘，pll模塊產(chǎn)生時(shí)鐘a、時(shí)鐘b兩路時(shí)鐘，時(shí)鐘a提供給串行數(shù)據(jù)采樣及解串模塊，時(shí)鐘b提供給幀對齊模塊；其中時(shí)鐘b的頻率和相位根據(jù)實(shí)際要求是固定的，時(shí)鐘a需要遍歷0-2π各個相位，相位的遍歷是通過參數(shù)配置模塊實(shí)現(xiàn)的，兩個寄存器能精準(zhǔn)控制時(shí)鐘相位的輸出，第一寄存器實(shí)現(xiàn)粗調(diào)，將0-2π分為0-π/2，π/2-π，π-3π/2，3π/2-2π四個部分，第二寄存器實(shí)現(xiàn)精調(diào)，將上述四個部分再平均分為256等份，這樣可以高精度遍歷全部相位；參數(shù)配置模塊中包含遍歷使能信號，上電時(shí)遍歷使能打開，時(shí)鐘a開始相位遍歷，直到串行數(shù)據(jù)采樣及解串模塊反饋采到正確數(shù)據(jù)，遍歷使能關(guān)閉，時(shí)鐘a輸出不再變化。

具體的，所述串行數(shù)據(jù)采樣及解串模塊中包括互相連接的數(shù)據(jù)采樣比對模塊和移位寄存器，數(shù)據(jù)采樣比對模塊在數(shù)據(jù)采樣的同時(shí)，比對采到的數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定，是否滿足采樣的建立保持時(shí)間，如果數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，時(shí)鐘管理模塊會產(chǎn)生一個不同相位的時(shí)鐘，再次進(jìn)行采樣比對，如此重復(fù)，直到比對成功為止；為了用低頻率時(shí)鐘采樣高頻率數(shù)據(jù)，在時(shí)鐘的上升沿和下降沿同時(shí)采樣，采樣之后的數(shù)據(jù)從低位進(jìn)入移位寄存器，依次移位之后并行輸出得到串轉(zhuǎn)并的結(jié)果。

具體的，所述幀對齊模塊中，首先串行數(shù)據(jù)要發(fā)送特定測試序列，幀對齊模塊將得到前級并行數(shù)據(jù)的偏移值，根據(jù)偏移值來對并行數(shù)據(jù)進(jìn)行移位重組，得到正確并行數(shù)據(jù)。

具體的，所述幀對齊模塊包括互相連接的數(shù)據(jù)偏移獲取模塊和并行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模塊，工作流程如下，首先串行數(shù)據(jù)需要發(fā)送邊界清晰的測試循環(huán)碼，這些邊界清晰的串行數(shù)據(jù)經(jīng)過采樣及串并轉(zhuǎn)換之后輸入到數(shù)據(jù)偏移獲取模塊，該模塊將輸入的并行數(shù)據(jù)與發(fā)送的正確循環(huán)碼進(jìn)行比對，得到串行數(shù)據(jù)偏移了幾個采樣周期的信息，并將該信息傳輸?shù)胶蠹壍牟⑿袛?shù)據(jù)校準(zhǔn)模塊，并行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模塊會根據(jù)偏移值對并行數(shù)據(jù)進(jìn)行移位重組，經(jīng)過這個校準(zhǔn)過程，完成了幀對齊的工作；得到正確數(shù)據(jù)之后，結(jié)束測試循環(huán)碼的發(fā)送，開始發(fā)送正常通信數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：1、采樣時(shí)鐘高精度多相位，利用遍歷相位的方法進(jìn)行采樣測試，選取最優(yōu)相位，保證串行數(shù)據(jù)的正確采樣。2、加入幀對齊模塊，自動獲取數(shù)據(jù)偏移，進(jìn)行校準(zhǔn)處理，保證最終并行數(shù)據(jù)的正確輸出。3、利用時(shí)鐘雙沿采樣技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低頻時(shí)鐘對高頻數(shù)據(jù)的采樣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明時(shí)鐘管理模塊示意圖。

圖3為本發(fā)明串行數(shù)據(jù)采樣及解串模塊示意圖。

圖4為本發(fā)明幀對齊模塊示意圖。

圖5為本發(fā)明數(shù)據(jù)采樣示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

本發(fā)明提供了一種具備幀對齊功能的高速串并轉(zhuǎn)換電路，整體電路由三部分組成，如圖1所示，分別為時(shí)鐘管理模塊100，串行數(shù)據(jù)采樣及解串模塊200，幀對齊模塊300。所述時(shí)鐘管理模塊100的輸入端連接輸入時(shí)鐘，時(shí)鐘管理模塊100的輸出端分別連接串行數(shù)據(jù)采樣及解串模塊200、幀對齊模塊300，串行數(shù)據(jù)采樣及解串模塊200的輸入端連接串行數(shù)據(jù)輸入，串行數(shù)據(jù)采樣及解串模塊200的輸出端連接幀對齊模塊300。三個部分協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)高速串并轉(zhuǎn)換功能，時(shí)鐘管理模塊100用于產(chǎn)生串行數(shù)據(jù)采樣及解串模塊200和幀對齊模塊300所需的各種相位的時(shí)鐘；所述串行數(shù)據(jù)采樣及解串模塊200對串行數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，利用時(shí)鐘管理模塊100輸出的時(shí)鐘進(jìn)行上升沿和下降沿的同步采樣，并利用移位寄存器組幀成并行數(shù)據(jù)；所述幀對齊模塊300對前級的并行數(shù)據(jù)進(jìn)行幀對齊，比對發(fā)送數(shù)據(jù)和組幀之后的并行數(shù)據(jù)，根據(jù)比對結(jié)果對并行數(shù)據(jù)進(jìn)行移位重組，保證最終并行輸出的準(zhǔn)確性。下面分別對各個模塊進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

時(shí)鐘管理模塊100如圖2所示，由互相連接的pll(鎖相環(huán))模塊101和參數(shù)配置模塊102組成，pll模塊101是模擬電路，在實(shí)際應(yīng)用情況中，根據(jù)項(xiàng)目不同需求pll模塊101可以產(chǎn)生不同頻率、不同相位的時(shí)鐘，本模塊產(chǎn)生兩個時(shí)鐘，時(shí)鐘a提供給串行數(shù)據(jù)采樣及解串模塊，時(shí)鐘b提供給幀對齊模塊300。其中時(shí)鐘b的頻率和相位根據(jù)實(shí)際要求是固定的，時(shí)鐘a需要遍歷0-2π各個相位，保證能夠采到正確的串行數(shù)據(jù)，相位的遍歷是通過參數(shù)配置模塊102實(shí)現(xiàn)的，兩個寄存器可以精準(zhǔn)控制時(shí)鐘相位的輸出，第一寄存器實(shí)現(xiàn)粗調(diào)，將0-2π分為0-π/2，π/2-π，π-3π/2，3π/2-2π四個部分，第二寄存器實(shí)現(xiàn)精調(diào)，可以將上述四個部分再平均分為256等份，這樣可以高精度遍歷全部相位，在各種應(yīng)用場景下都能夠準(zhǔn)確采到串行數(shù)據(jù)的數(shù)值。參數(shù)配置模塊102中包含遍歷使能信號，上電時(shí)遍歷使能打開，時(shí)鐘a開始相位遍歷，直到串行數(shù)據(jù)采樣及解串模塊200反饋采到正確數(shù)據(jù)，遍歷使能關(guān)閉，時(shí)鐘a輸出不再變化。

串行數(shù)據(jù)采樣及解串模塊200如圖3所示，包括互相連接的數(shù)據(jù)采樣比對模塊201和移位寄存器202，數(shù)據(jù)采樣比對模塊201接收串行數(shù)據(jù)，用時(shí)鐘管理模塊100產(chǎn)生的相位可變時(shí)鐘a進(jìn)行采樣，同時(shí)還有一個比對電路，比對采到的數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定，是否滿足采樣的建立保持時(shí)間，如果數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，切換時(shí)鐘a的相位，再次進(jìn)行采樣比對，如果數(shù)據(jù)穩(wěn)定，則關(guān)閉時(shí)鐘a的遍歷使能，以當(dāng)前時(shí)鐘作為本模塊的采樣時(shí)鐘。為了用低頻率時(shí)鐘采樣高頻率數(shù)據(jù)，本模塊中采用雙沿采樣，即在時(shí)鐘的上升沿和下降沿同時(shí)采樣，采樣之后的數(shù)據(jù)從低位進(jìn)入移位寄存器202，依次移位之后并行輸出得到串轉(zhuǎn)并的結(jié)果。

幀對齊模塊300如圖4所示，包括互相連接的數(shù)據(jù)偏移獲取模塊301和并行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模塊302。串行數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣的時(shí)候，如果時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)沒有對齊，在數(shù)據(jù)從串行到并行的轉(zhuǎn)換中，可能出現(xiàn)比特錯位的問題。如圖5所示，采樣時(shí)鐘上升沿和下降沿同時(shí)采樣，根據(jù)采樣時(shí)鐘和并行處理時(shí)鐘的頻率關(guān)系可以看出，此時(shí)串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為4位并行數(shù)據(jù)輸出，如果數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)理想，采樣之后串并轉(zhuǎn)換結(jié)果為ee，ee，如果串行數(shù)據(jù)延遲了一個采樣周期，轉(zhuǎn)換出的并行數(shù)據(jù)變?yōu)?7，77，如果串行數(shù)據(jù)提前了一個采樣周期，轉(zhuǎn)換出來的并行數(shù)據(jù)為dd，dd。這種情況是數(shù)據(jù)提前或延后一個采樣時(shí)刻，如果情況比較惡劣，還會差兩個甚至三個采樣周期，這樣轉(zhuǎn)換出來的并行數(shù)據(jù)是錯誤的，傳輸?shù)胶蠹壪到y(tǒng)中會產(chǎn)生不可預(yù)期的后果，為了保證最后轉(zhuǎn)換結(jié)果的正確性，幀對齊模塊300在系統(tǒng)中必不可少。

幀對齊模塊300的工作流程如下，首先串行數(shù)據(jù)需要發(fā)送邊界清晰的測試循環(huán)碼，比如ee、cc等，這些邊界清晰的串行數(shù)據(jù)經(jīng)過采樣及串并轉(zhuǎn)換之后輸入到圖4中的數(shù)據(jù)偏移獲取模塊301，這個模塊將輸入的并行數(shù)據(jù)與發(fā)送的正確循環(huán)碼進(jìn)行比對，比如圖5中，輸入的循環(huán)碼為ee，如果數(shù)據(jù)提前一個采樣周期，輸入到數(shù)據(jù)偏移模塊的數(shù)據(jù)為dd，與ee進(jìn)行比較，電路得到串行數(shù)據(jù)提前一個采樣周期的信息，將信息傳輸?shù)胶蠹壊⑿袛?shù)據(jù)校準(zhǔn)模塊302，并行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模塊302會將前一個并行數(shù)據(jù)的最低位和后一個并行數(shù)據(jù)的高三位進(jìn)行重組拼成并行數(shù)據(jù)，經(jīng)過這個校準(zhǔn)過程，輸入的dd最后轉(zhuǎn)換為ee輸出，完成了幀對齊的工作。本模塊對于不同的偏移可以自動獲取并進(jìn)行校準(zhǔn)，保證最后正確數(shù)據(jù)的輸出，得到正確數(shù)據(jù)之后，結(jié)束測試循環(huán)碼的發(fā)送，開始發(fā)送正常通信數(shù)據(jù)，此時(shí)已經(jīng)可以保證最后并行輸出的正確性了。