CN101140304A - 一种高精度时钟检测方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高精度时钟检测方法及检测装置。该方法是通过测量基准时钟与被测时钟的累积相位误差和该累积误差的生成周期，将该累积误差的生成周期与预先设定的精度阈值相比较，当累积误差的生成周期不满足此阈值时，检测到被测时钟出错，进而由此确定被测时钟的频率精度。利用本发明一种高精度时钟检测方法和检测装置可以测得被测时钟与基准时钟之间的微小的频率差，在该频率差超过一定范围时可以及时发现并输出信号，这样较以往的时钟检测方法精度和灵敏度方面有大幅度提高，本发明的高精度时钟检测方法和检测装置不仅仅可以应用于源数据同步传输，还可以广泛应用于其它需要高精度检测时钟的领域。

Description

一种高精度时钟检测方法及检测装置

技术领域

本发明涉及通讯技术，特别是一种高精度时钟检测方法及检测装置。

背景技术

在通信领域中，经常会涉及到数据的同步传输。在对数据同步传输特别是采用源同步数据传输时，许多应用场合都需要输入数据的速率与本地处理该数据的时钟在长的时间窗口中完全同步，数据在传输时需要两个时钟完全同步，不同步会产生误码。虽然误码的产生也有别的原因，测量这两个时钟是否完全同步可以确定或排除由时钟引起误码的问题。

源同步数据在数据传输时，数据与传输时钟采用相同的路径进行传输。当数据源的时钟或本地接收数据的时钟与标准时钟源失锁时，就会产生时钟的频率差。这种频率差通常非常微小，普通的检测方法是不能检测出来的。现有技术中对被测时钟的检测方法主要是采用在一段时间内对被测的时钟进行计数，利用计数值计算被测时钟的频率误差，这种方法检测精度提高需要较多位的计数器，对于要求完全同步的时钟检测，既使增加计数器，也不能满足检测的要求。

本发明针对上述需求，通过对时钟的一系列处理，可以有效的检测输入时钟的精度，也适用于通信领域中很多其它需要高精度检测时钟的情况。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高精度时钟的检测方法和检测装置。利用本发明的高精度时钟的检测方法可以有效的检测输入时钟精度，在检测精度提高时不需要增加很多计数器，对于要求完全同步的时钟检测，实现更加简化。

本发明的基本原理：

通过测量基准时钟与被测时钟的累积相位误差和该累积误差的生成周期，将该累积误差的生成周期与预先设定的精度阈值相比较，当累积误差的生成周期不满足此阈值时，检测到被测时钟出错，进而由此确定被测时钟的频率精度。

本发明的技术方案：

一种高精度时钟检测方法，该方法包括如下步骤：

①利用分频器分别对被测时钟和作为标准的基准时钟进行分频，使分频后基准时钟和被测时钟的频率相同；

②利用相位累积单元内的两个相位累积装置对分频后的被测时钟和基准时钟分别进行相位累积；

③利用匹配单元比较两个相位累积装置的状态，查看两个相位累积装置是否失配，失配时初始化相位累积装置，并重新进行相位累积；

④利用计数器单元计算两次失配的时间间隔，即获得累积误差的生成周期；

⑤利用错误输出单元比较累积误差的生成周期与预设阈值的大小，当累积误差生成周期小于或等于预设阈值，由错误输出单元输出被测时钟的错误指示。

步骤①中采用第一时钟分频器分频频率为f₀的基准时钟，第二时钟分频器分频频率为f_x的被测时钟，其中第一时钟分频器的分频比为m，第二时钟分频器的分频比为n，满足：

f_x/n＝f₀/m。

步骤②中相位累积的步骤为：

a.确定相位累积单元内所采用的两个相位累积装置；

b.设定所采用相位累积装置的初始值；

c.利用分频后的时钟分别驱动两个相位累积装置，当时钟有效时两个相位累积装置分别进行相位累积。

步骤③中确定两相位累积装置相位失配的步骤为：

a.分频后的基准时钟和被测时钟频率相同，两个相位累积装置的和或差为定值；

b.匹配单元内预设数值范围，并将该两个相位累积装置的和或差与预设范围进行比较，若预设范围之内，继续进行累积，若超过预设范围，则清零计数器单元，并初始化相位累积单元内的两个相位累积装置。

步骤⑤中的阈值N、匹配单元的范围p和第二时钟分频器的分频比n三个数值满足公式：

N＝p*n/S

其中，S为预设定的时钟精度常数。如1ppm，它表示时钟的精度误差为百万分之一。

步骤⑤中错误输出单元输出被测时钟错误指示的方法为：

a.在匹配单元输出时钟失配时，比较计数器单元所计的累积误差的生成周期值与预设阈值，当累积误差的生成周期值小于或等于预设阈值时输出被测时钟错误的指示；或者b.实时比较计数器单元所计的累积误差的生成周期值与预设阈值，当累积误差的生成周期值小于或等于预设阈值时输出被测时钟错误的指示。

一种高精度时钟检测装置，该装置包括第一时钟分频器、第二时钟分频器、第一相位累积装置、第二相位累积装置、匹配单元、计数器单元和错误输出单元，一标准时钟通过第一时钟分频器分频后输入至第一相位累积装置内，由该第一时钟分频器输出信号驱动第一相位累积装置运行，一被测时钟通过第二时钟分频器分频后输入至第二相位累积装置内，由该第二时钟分频器输出信号驱动第二相位累积装置运行，所述的第一相位累积装置和第二相位累积装置组成一相位累积单元，所述的第一相位累积装置和第二相位累积装置的数据输出端连接至所述匹配单元的数据输入端，经匹配单元内的减法器和比较器，输出端连接于所述的计数器单元的数据输入端，所述匹配单元的另一个数据输出端连接于相位累积单元的初始化输入端，所述的计数器单元由基准时钟驱动运行，所述的计数器单元输入数据至错误输出单元，由该错误输出单元内的比较器计算后输出被测时钟错误的指示信号。

所述的相位累积装置为计数器、或为环形移位寄存器。

所述的第一相位累积装置由分频后的基准时钟的沿或电平驱动运行，所述的第二相位累积装置是由分频后被测时钟的沿或电平驱动。

所述的环形移位寄存器的初始化值为非全零且非全1。

本发明的技术优点：

本发明的高精度时钟检测方法和检测装置，是将被测时钟与基准时钟的相位差累积后进行比较，可以测得被测时钟与基准时钟之间的微小的频率差，在该频率差超过一定范围时可以及时发现并输出信号，这样较以往的时钟检测方法精度和灵敏度方面有大幅度提高。本发明的高精度时钟检测方法和检测装置不仅仅可以应用于源数据同步传输，还可以广泛应用于其它需要高精度检测时钟的领域。

附图说明

图1是本发明一种高精度时钟检测方法和检测装置的时钟检测流程图。

图2是本发明一种高精度时钟检测方法和检测装置的实施例1结构示意图。

图3是本发明一种高精度时钟检测方法和检测装置中实施例1内匹配单元的结构示意图。

图中，

101-第一时钟分频器      102-第二时钟分频器

103-第一计数器          104-第二计数器

105-匹配单元            106-计数器单元        107-错误输出单元

301-减法器              302-比较器

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例来对本发明的一种高精度时钟检测方法和检测装置做进一步的详细说明，但不应因此而限制本发明的保护范围。

请看图1，图1是本发明一种高精度时钟检测方法和检测装置的时钟检测流程图。由图可以看出，一种高精度时钟检测方法，该方法包括如下步骤：

①利用分频器分别对被测时钟和作为标准的基准时钟进行分频，使分频后基准时钟和被测时钟的频率相同；由第一时钟分频器分频频率为f_x的基准时钟，第二时钟分频器分频频率为f₀的被测时钟，其中第一时钟分频器的分频比为m，第二时钟分频器的分频比为n，满足：

f_x/n＝f₀/m。

②利用相位累积单元内的两个相位累积装置对分频后的被测时钟和基准时钟分别进行相位累积，相位累积的步骤为：

a.确定相位累积单元内所采用的两个相位累积装置；

b.设定所采用相位累积装置的初始值；

c.利用分频后的基准时钟和被测时钟各驱动一个相位累积装置运行，当时钟有效时两个相位累积装置分别进行相位累积。

③利用匹配单元比较两个相位累积装置的状态，查看两个相位累积装置是否相位失配，失配时初始化相位累积装置并重新进行相位累积，确定两相位累积装置相位失配的步骤为：

a.分频后的基准时钟和被测时钟频率相同，两个相位累积装置的和或差为定值；

b.匹配单元内预设数值范围，并将该两个相位累积装置的和或差与预设范围进行比较，若预设范围之内，继续进行累积，若超过预设范围，则清零计数器单元，并初始化相位累积单元内的两个相位累积装置。

④利用计数器单元计算两次失配的时间间隔，即获得累积误差的生成周期；

⑤利用错误输出单元比较累积误差的生成周期值与预设阈值的大小，当累积误差生成周期小于或等于预设阈值时，由错误输出单元输出被测时钟的错误指示，错误输出单元输出被测时钟错误指示的方法为：

a.在匹配单元输出时钟失配时，比较计数器单元所计的累积误差的生成周期值与预设阈值，当累积误差的生成周期值小于或等于预设阈值时输出被测时钟错误的指示；或者b.实时比较计数器单元所计的累积误差的生成周期值与预设阈值，当累积误差的生成周期值小于或等于预设阈值时输出被测时钟错误的指示。

实施例1

请看图2、图3，图2是本发明一种高精度时钟检测方法和检测装置一实施例的结构示意图。图3是本发明一种高精度时钟检测方法和检测装置中实施例1内匹配单元的结构示意图。由图可以看出，一种高精度时钟的检测装置，该装置包括第一时钟分频器101、第二时钟分频器102、由第一计数器103和第二计数器104组成的相位累积单元、匹配单元105、计数器单元106和错误输出单元107，一标准时钟通过第一时钟分频器101分频后输入至第一计数器103内，由该第一时钟分频器101输出时钟信号驱动第一计数器103运行，一被测时钟通过第二时钟分频器102分频后输入至第二计数器104内，由该第二时钟分频器102输出时钟信号驱动第二计数器104运行，所述的第一计数器103和第二计数器104组成一相位累积单元，所述的第一计数器103和第二计数器104的数据输出端连接至所述的匹配单元105的数据输入端，该匹配单元105由减法器301和比较器302组成，第一计数器103和第二计数器104输入所积累信号至减法器301内运算，运算结果输入至比较器302中与预设范围进行比较，该匹配单元105的一个数据输出端连接于所述的计数器单元106的数据输入端，所述匹配单元105的另一个数据输出端连接于相位累积单元的初始化输入端，所述的计数器单元106由基准时钟驱动运行，所述的计数器单元106输入数据至错误输出单元107，由该错误输出单元107输出指示信号以表明被测时钟出现错误。

所述的第一计数器103由分频后的基准时钟的电平驱动运行，所述的第二计数器104是由分频后被测时钟的电平驱动运行，第一计数器103和第二计数器104分别使用一个3位计数器，当一个时钟有效时，第一计数器103和第二计数器104加1，以此进行累积计数，所述的计数器单元106内为一个25位的计数器。

特殊情况下，若被测时钟的频率等于基准时钟的频率，则可以无需时钟分频器对被测时钟和基准时钟进行分频，可直接由被测时钟和基准时钟驱动相位累积装置；若被测时钟的频率为基准时钟的整数倍时，或基准时钟为被测时钟的整数倍时，可以只对大频率的时钟用一个时钟分频器进行分频。

本实施例中的高精度时钟检测装置工作流程为：

基准时钟的频率为f₀＝30MHz，被测时钟的频率为f_x＝20MHz，第一时钟分频器101的分频比m＝3，第二时钟分频器102的分频比n＝2，各数值之间的关系满足公式：

f_x/n＝f₀/m＝10MHz。

即，分频后的基准时钟和被测时钟频率相等，均为10MHz。

经第一时钟分频器101分频后的基准时钟利用该时钟的电平驱动第一计数器103运行，每经过一个有效的时钟该第一计数器103加1；经第二时钟分频器102分频后的被测时钟用其电平驱动第二计数器104运行，每经过一个有效的时钟，该第二计数器104加1，第一计数器103和第二计数器104分别使用一个3位的计数器，相位累积单元中设定的第一计数器103的初始值为0，设定的第二计数器104的初始值为0，在分频后的基准时钟和分频后的被测时钟频率相等时，第一计数器103和第二计数器104的相位差为定值0，如果被测时钟频率有偏差，此偏差会积累出现相位的误差，误差值随相位累积的逐渐增大。

第一计数器103和第二计数器104将其数值输入至匹配单元105中，由匹配单元105内的减法器301计算该第一计数器103和第二计数器104的相位差值，将所得的相位差值比较器302上预先设定的范围为0～3比较，当相位累积单元中相位的差值在该设定范围内时，第一计数器103和第二计数器104继续进行时钟的相位累积；当相位的差值超出该设定范围时，认为相位累积单元中的第一计数器103和第二计数器104的相位失配，此时，该匹配单元105输出一个清零信号至计数器单元106清零该计数器单元106，所述匹配单元105同时输出一初始化信号至相位累积单元的初始化输入端，初始化相位累积单元内的第一计数器103和第二计数器104至初始化值。通常情况下，只需要将第二计数器104初始化为0，使得相位累积单元内的两个3位计数器值差的初始值0。

由基准时钟的电平驱动计数器单元106运行，该计数器单元106计算两次相位累积单元相位失配的时间间隔，并计数该时间间隔的数值大小，得到累积误差生成周期，在计数器单元106接收到匹配单元105输出的失配信号时数据清零，当计数器单元106达到25位计数器数值的最大值2²⁵-1＝16777215时，保持该最大计数值。

计数器单元106输出累积误差生成周期的数据至错误输出单元107中，当匹配单元105输出失配信号时，比较计数器单元106中得到的累积误差生成周期值和该错误输出单元107中预设阈值N的大小，其中的阈值N、匹配单元的范围p和第二时钟分频器的分频比n三个数值满足公式：

N＝p*n/S＝4＊3/1ppm＝12000000

设定的时钟精度为1ppm，表示时钟误差为百万分之一。

当累积误差生成周期值大于预设阈值N时，被测时钟的精度满足要求，当累积误差生成周期值小于或等于预设阈值N时，错误输出单元107输出错误的信号指示。

本发明高精度时钟检测装置中的相位累积单元的两个计数器可以由环形移位寄存器替代，工作流程与计数器作为相位累积装置时基本相同，但要两个环形移位寄存器的初始值非全零且非全一。

本发明公开的一种高精度时钟检测的方法。本发明的优点在于能够检测微量的频率差别，可以预先设定检测精度，实现方法简单。

毫无疑问，本发明一种高精度时钟检测方法和检测装置还可以有其它的数值取值和结构替代，不仅仅局限于实施例中所列举的数值和结构。总而言之，本发明一种高精度时钟检测方法和检测装置的保护范围还包括其它对于本领域技术人员来说显而易见的变换和替代。

Claims (10)

1.一种高精度时钟检测方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

①利用分频器分别对被测时钟和作为标准的基准时钟进行分频，使分频后基准时钟和被测时钟的频率相同；

②利用相位累积单元内的两个相位累积装置对分频后的被测时钟和基准时钟分别进行相位累积；

③利用匹配单元比较两个相位累积装置的状态，查看两个相位累积装置是否失配，失配时初始化相位累积装置，并重新进行相位累积；

④利用计数器单元计算两次失配的时间间隔，即获得累积误差的生成周期；

⑤利用错误输出单元比较累积误差的生成周期与预设阈值的大小，当累积误差生成周期小于或等于预设阈值，由错误输出单元输出被测时钟错误的指示。

2.根据权利要求1所述的高精度时钟检测方法，其特征在于所述步骤①中采用第一时钟分频器分频频率为f_x的基准时钟，第二时钟分频器分频频率为f₀的被测时钟，其中第一时钟分频器的分频比为m，第二时钟分频器的分频比为n，满足：

f_x/n＝f₀/m。

3.根据权利要求1所述的高精度时钟检测方法，其特征在于所述的步骤②中相位累积的步骤为：

a.确定相位累积单元内所采用的两个相位累积装置；

b.设定所采用相位累积装置的初始值；

c.利用分频后的时钟分别驱动两个相位累积装置，当时钟有效时两个相位累积装置分别进行相位累积。

4.根据权利要求1所述的高精度时钟检测方法，其特征在于所述的步骤③中确定两相位累积装置相位失配的步骤为：

a.分频后的基准时钟和被测时钟频率相同，两个相位累积装置的和或差为定值；

b.匹配单元内预设数值范围，并将该两个相位累积装置的和或差与预设范围进行比较，若预设范围之内，继续进行累积，若超过预设范围，则清零计数器单元，并初始化相位累积单元内的两个相位累积装置。

5.根据权利要求1所述的高精度时钟检测方法，其特征在于所述步骤⑤中的阈值N、匹配单元的范围p和第二时钟分频器的分频比n三个数值满足公式：

N＝p*n/S

其中，S为预设定的时钟精度常数。

6.根据权利要求1所述的高精度时钟检测方法，其特征在于所述的步骤⑤中错误输出单元输出被测时钟错误指示的方法为：

a.在匹配单元输出时钟失配时，比较计数器单元所计的累积误差的生成周期值与预设阈值，当累积误差的生成周期值小于或等于预设阈值时输出被测时钟错误的指示；

或者b.实时比较计数器单元所计的累积误差的生成周期值与预设阈值，当累积误差的生成周期值小于或等于预设阈值时输出被测时钟错误的指示。

7.一种利用权利要求1所述的一种高精度时钟检测方法的检测装置，其特征在于该装置包括第一时钟分频器(101)、第二时钟分频器(102)、第一相位累积装置(103)、第二相位累积装置(104)、匹配单元(105)、计数器单元(105)和错误输出单元(106)，一标准时钟通过第一时钟分频器(101)分频后输入至第一相位累积装置(103)内，由该第一时钟分频器(101)输出信号驱动第一相位累积装置(103)运行，一被测时钟通过第二时钟分频器(102)分频后输入至第二相位累积装置(104)内，由该第二时钟分频器(102)输出信号驱动第二相位累积装置(104)运行，所述的第一相位累积装置(103)和第二相位累积装置(104)组成一相位累积单元，所述的第一相位累积装置(103)和第二相位累积装置(104)的数据输出端连接至所述的匹配单元(105)的数据输入端，该匹配单元(105)的一个数据输出端连接于所述的计数器单元(106)的数据输入端，所述匹配单元(105)的另一个数据输出端连接于相位累积单元的初始化输入端，所述的计数器单元(106)输入数据至错误输出单元(107)，由该错误输出单元(107)输出被测时钟错误的指示信号。

8.根据权利要求7所述的高精度时钟检测装置，其特征在于所述的相位累积装置为计数器、或为环形移位寄存器。

9.根据权利要求7所述的高精度时钟检测装置，其特征在于所述的第一相位累积装置(103)由分频后的基准时钟的沿或电平驱动运行，所述的第二相位累积装置(104)是由分频后被测时钟的沿或电平驱动。

10.根据权利要求7所述的高精度时钟检测装置，其特征在于所述的匹配单元(105)是由减法器(301)和比较器(302)连接组成，第一相位累积装置(103)和第二相位累积装置(104)分别接入至减法器(301)，所述的比较器(302)输出数据至计数器单元(106)，并输出指令至相位累积单元。

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