电子装置的接收端及定时恢复操作的相位阈值的设定方法与流程

1.本发明是关于定时恢复技术(timing recovery)，尤其是关于定时恢复操作的相位阈值的设定方法，及实施该方法的电子装置的接收端。


背景技术：

2.在信号发送及接收的过程中，传送端与接收端可能会受外在环境影响或者抖动效果(jitter effect)的效应导致传送端与接收端的收发时间不同步。该不同步有可能细微到只有几个相位的差距，或大到传送接收端两者的频率相异。接收端会使用定时恢复电路来克服这种频率或相位的差异，而适合的相位阈值对系统的稳定性是个关键。因为过于频繁的相位切换不利于系统的收敛，例如回音消除器(echo canceller)、前馈均衡器(feed forward equalizer)、反馈均衡器(feedback equalizer)等各种均衡器在不够稳定的状态下(即频繁的相位切换)容易产生的错误，而导致系统的效能降低或失常。
3.因此需要一种电路及方法来根据当下的实际操作环境提供合适的相位阈值。


技术实现要素：

4.鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种定时恢复操作的相位阈值的设定方法，以及实施该方法的电子装置的接收端。
5.本发明公开一种电子装置的接收端，包含模拟前端电路、鉴相器，以及计算电路。模拟前端电路用来接收输入信号并且根据相位控制信号调整该输入信号的相位。鉴相器耦接该模拟前端电路，用来检测该输入信号的该相位以产生目前相位值和相位差累计值、根据该相位差累计值计算目标相位值，并根据该目标相位值及该目前相位值产生第一相位驱动值。计算电路耦接该鉴相器及该模拟前端电路，用来根据该第一相位驱动值及相位阈值产生该相位控制信号。在该计算电路产生该相位控制信号之后，该鉴相器产生第二相位驱动值，该计算电路根据该第一相位驱动值及该第二相位驱动值更新该相位阈值。
6.本发明还公开一种电子装置的接收端，包含模拟前端电路、鉴相器，以及计算电路。模拟前端电路用来接收输入信号并且根据相位控制信号调整该输入信号的相位。鉴相器耦接该模拟前端电路，用来检测该输入信号的该相位以产生目前相位值及相位差累计值、根据该相位差累计值计算目标相位值，并根据该目标相位值及该目前相位值产生第一相位驱动值。计算电路耦接该鉴相器及该模拟前端电路，用来根据该第一相位驱动值及相位阈值产生该相位控制信号。在该计算电路产生该相位控制信号之后，该鉴相器产生第二相位驱动值，该计算电路根据该相位阈值及该第二相位驱动值更新该相位阈值。
7.本发明还公开一种设定定时恢复操作的相位阈值的方法，包含以下步骤：(a)接收输入信号；(b)检测该输入信号的相位以产生目前相位值及相位差累计值；(c)根据该相位差累计值计算目标相位值；(d)根据该目标相位值及该目前相位值产生第一相位驱动值；(e)根据该第一相位驱动值及相位阈值产生相位控制信号；(f)根据该相位控制信号调整该输入信号的该相位；(g)重复步骤(a)至步骤(c)以更新该目标相位值及该目前相位值；(h)
根据更新后的该目标相位值及更新后的该目前相位值产生第二相位驱动值；以及(i)根据该第一相位驱动值及该第二相位驱动值的绝对差值，或是根据该相位阈值及该第二相位驱动值的绝对差值更新该相位阈值。
8.本发明的相位阈值调整机制可以根据当下相位区间来决定新的相位阈值。相较于传统技术，本发明可以避免接收端无法及时调整相位而导致与传送端相位不同步，以及避免频繁的相位调整所造成的暂态误差或是下降。
9.有关本发明的特征、实施与功效，在此配合附图作实施例详细说明如下。
附图说明
10.图1是本发明电子装置的接收端的一个实施例的功能方块图；
11.图2为一个周期内的相位间隔的示意图；
12.图3为本发明的设定定时恢复操作的相位阈值的一个实施例的流程图；
13.图4显示鉴相器130在每个周期产生一个累积的相位驱动值b；
14.图5a和图5b显示相位变化的一个示例；以及
15.图6a和图6b显示相位变化的另一个示例。
具体实施方式
16.以下说明内容的技术用语是参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释以本说明书的说明或定义为准。
17.本发明的公开内容包含定时恢复操作的相位阈值的设定方法，及实施该方法的电子装置的接收端。由于本发明的电子装置的接收端所包含的部分元件单独而言可能为已知元件，因此在不影响该装置发明的充分公开及可实施性的前提下，以下说明对于已知元件的细节将予以省略。此外，本发明的相位阈值的设定方法可通过本发明的电子装置的接收端或其等效装置来执行，在不影响该方法发明的充分公开及可实施性的前提下，以下方法发明的说明将着重于步骤内容而非硬件。
18.图1是本发明电子装置的接收端的一个实施例的功能方块图。接收端100包含模拟前端电路(analog front end,afe)110、模拟数字转换器120(analog-to-digital converter,adc)、鉴相器(phase detector,pd)130、计算电路140、及存储器150。模拟前端电路110受相位控制信号的控制调整输入信号的相位。模拟前端电路110将一个周期划分为多个相位间隔，以作为调整相位的依据。实施上，由于电路本身的限制，多个相位间隔并不相等。图2为一个周期内的相位间隔的示意图，如图2所示，接近0度的相位间隔较窄，而接近359度的相位间隔较宽。图2只是不均匀的相位间隔的一个示例，本发明不限于应用于此例，也可应用于其他种不均匀的相位间隔。
19.在一些实施例中，相位控制信号控制模拟前端电路110将输入信号的相位调大(即增加其相位)或是将输入信号的相位调小(即减少其相位)。举例来说，高电压电平的相位控制信号控制模拟前端电路110将输入信号的相位由p
n
调整至p
n 1
，而低电压电平的相位控制信号控制模拟前端电路110将输入信号的相位由p
n
调整至p
n-1
。在一些实施例中，计算电路140以每次增加或减少一个相位间隔的方式控制模拟前端电路110调整输入信号的相位。
20.以下的说明请同时参照图1至图3。图3为本发明的设定定时恢复操作的相位阈值
的一个实施例的流程图。模拟前端电路110接收输入信号并且根据相位控制信号调整输入信号的相位(步骤s310)，然后adc 120将输入信号由模拟域转换至数字域。鉴相器130在每个输入信号的周期检测输入信号的相位以产生目前相位值及相位差累计值(步骤s315)，并根据相位差累计值计算目标相位值(步骤s320)。在当前的操作环境下，如果模拟前端电路110将输入信号的相位调整至该目标相位值，则接收端100将操作在较佳的状态(例如较好的信噪比(signal-to-noise ratio,snr))。换言之，目标相位值代表在当前的操作环境下输入信号的理想相位。计算目前相位值、相位差累计值及目标相位值为本领域普通技术人员所熟知的技术，故不再赘述(请参考文献：wolaver,dan h.(1991),phase-locked loop circuit design,prentice hall,isbn 0-13-662743-9)。鉴相器130还在设定的时间长度(例如y个数字域的单位时间(例如一个系统时钟的周期)，y为正整数)内根据目标相位值及目前相位值产生累积的相位驱动值(步骤s325，将在下文详细说明)。计算电路140可以在收到相位驱动值后将相位驱动值储存至存储器150。
21.计算电路140从鉴相器130接收到相位驱动值之后，判断是否需更新相位阈值(例如判断标志flg是否等于1，标志flg可储存于存储器150中)(步骤s330)。如果步骤s330的结果为是(例如标志flg＝1)，则计算电路140判断相位驱动值的累积个数是否大于目标值(步骤s335)。当相位驱动值的累积个数大于目标值(步骤s335的结果为是)，计算电路140计算相位驱动值的平均(步骤s340)。步骤s335及步骤s340的目的在于避免相位驱动值的瞬间极值造成相位阈值频繁地更新，有利于提高图3的流程的稳定性及准确度。
22.然而，在一些实施例中，计算电路140不计算相位驱动值的平均值(即忽略步骤s335及步骤s340)，而是在确定需更新相位阈值后(步骤s330的结果为是)执行步骤s345。在不计算相位驱动值的平均值的实施例中，计算电路140在步骤s345中根据当前的一个相位驱动值与调整相位前的相位驱动值更新相位阈值，或是根据当前的一个相位驱动值与目前的相位阈值更新相位阈值。步骤s345将在以下详述。
23.当相位驱动值的累积个数大于目标值(步骤s335的结果为是)，计算电路140计算这些相位驱动值的平均值(步骤s340)，然后根据平均值及调整相位前的相位驱动值更新相位阈值，或是根据平均值及目前的相位阈值更新相位阈值(步骤s345，将在以下详述)。更新完相位阈值之后，计算电路140将标志flg设为0，以指示相位阈值不需要更新(步骤s350)。
24.当步骤s330的结果为否，或是步骤s335的结果为否，则计算电路140判断相位驱动值是否大于相位阈值(步骤s355)。如果步骤s355的结果为否，则流程回到步骤s310，模拟前端电路110继续接收输入信号。换言之，当相位驱动值不大于相位阈值时，计算电路140不执行步骤s360(亦即不产生相位控制信号)。
25.如果步骤s355的结果为是，则计算电路140产生相位控制信号(步骤s360)，并且将标志flg设为1，以指示相位阈值待更新(步骤s370)。步骤s360及s370将在以下配合图4详细说明。
26.图4显示鉴相器130在每个周期产生一个累积的相位驱动值b：相位驱动值b1在时间t至2t之间产生(t为输入信号的周期)、相位驱动值b2在时间2t至3t之间产生、相位驱动值b3在时间3t至4t之间产生，以此类推。假设相位驱动值b3大于相位阈值(步骤s355的结果为是)，则计算电路140产生相位控制信号以控制模拟前端电路110调整输入信号的相位(步骤s360)，并且将标志flg设为1(步骤s370)。以图4为例，假设步骤s335的目标值为3并且相
位驱动值b4、b5及b6皆不大于相位阈值，则计算电路140在步骤s340中计算相位驱动值b4、b5及b6的平均值，然后计算电路140在步骤s345中根据平均的相位驱动值(即b4、b5及b6的平均值)及调整相位前的相位驱动值(即b3)更新相位阈值，或是根据平均的相位驱动值及目前的相位阈值更新相位阈值。
27.以下将通过图5a及图5b所显示的相位变化，详细说明图3的步骤以及鉴相器130与计算电路140的操作细节。图5a及图5b显示目标相位值pt、目前相位值pc、相位阈值p
th
，及相位驱动值b的关系。在图5a及图5b的例子中，模拟前端电路110原本操作于相位间隔较宽的区间(如图5a所示，目前相位值pc对应于相位p
n
，位于相位间隔(|p
n 1-p
n
|)较宽的区间)，经过一段时间后，由于环境(例如电压或温度)的变化，模拟前端电路110变成操作在相位间隔较窄的区间(如图5b所示，目前相位值pc'对应于相位p
m
，位于相位间隔(|p
m 1-p
m
|)较窄的区间)(其中|p
m 1-p
m
|＜|p
n 1-p
n
|)。
28.相位驱动值为目标相位值与目前相位值的差值(即b＝pt-pc、b
′
＝pt-pc
′
、b
″
＝pt-pc
″
)。相位驱动值b(或b'、b”)的绝对值愈小，代表接收端100操作在相对稳定的状态。相位驱动值b(或b'、b”)的绝对值愈大，代表接收端100操作在相对不稳定的状态(即模拟前端电路110可能即将或必须立即调整输入信号的相位)。
29.假设在图5a及图5b中，旧的(即尚未更新前的)相位阈值p
th
的大小被设为对应于一个相位间隔(即p
th
对应于p
n 1-p
n
)。由于在图5a的例子中相位驱动值b的大小小于相位阈值p
th
，所以图3的步骤s355的结果为否。
30.在图5b中，当目标相位值pt与目前相位值pc'的差值(即相位驱动值b')的绝对值大于旧的相位阈值p
th
时(即|b
′
|＞p
th
，步骤s355的判断结果为是)，计算电路140产生相位控制信号(步骤s360)并且将标志flg设为1(步骤s370)。此时由于相位驱动值b'为正值(因为目标相位值pt大于目前相位值pc')，所以模拟前端电路110在下一个步骤s310根据相位控制信号将输入信号的目前相位值由pc'(对应于相位p
m
)切换至pc”(对应于相位p
m 1
)。
31.即使模拟前端电路110已调整输入信号的相位，但是因为接收端100的操作环境在短时间内通常不会有巨大的变化，所以连续两次的步骤s320所产生的两个目标相位值pt会非常相近。换言之，如图5b所示，在目前相位值由目前相位值pc'变化到目前相位值pc”之后的一小段时间(视操作环境而定)内，目标相位值pt的变化量为0或是极小。
32.接下来，鉴相器130在步骤s325中产生相位驱动值b”。计算电路140根据相位驱动值b”(或多个相位驱动值b”的平均值)及相位驱动值b'更新相位阈值p
th
，或是根据相位驱动值b”(或多个相位驱动值b”的平均值)及旧的相位阈值p
th
更新相位阈值p
th
(步骤s345)。更明确地说，在一些实施例中，新的(更新后的)(为数个b
″
的平均值，α为有理数，代表倍率)。在其他的实施例中，当目标相位值pt非常接近相位阈值p
th
时(即当)，在不计算相位驱动值b的平均值的实施例中(即略过步骤s335及s340)，在一些实施例中，α＝1，即新的(或)。以图5b为例，当α＝1时，p
th
′
大约位于目前相位值pc”的位置。
33.如图5b所示，可反应相位p
m 1
与相位p
m
的距离(即当下的相位间隔，亦即当下的微分非线性(differential nonlinearity,dnl))。也就是说，新的p
th
′
是根据当下的
相位间隔来决定，所以新的p
th
′
与当下的相位间隔成比例。
34.图6a及图6b显示相位变化的另一个示例。在此例中，模拟前端电路110由操作于相位间隔较窄的区间(如图6a所示)，变为操作于相位间隔较宽的区间(如图6b所示)。在图6a和图6b的示例中，由于相位驱动值b'与图5a和图5b的示例同样为正值(因为目标相位值pt大于目前相位值pc')，所以模拟前端电路110根据相位控制信号将输入信号的目前相位值由pc'(对应于相位p
m
)切换至pc”(对应于相位p
m 1
)(步骤s310)。在图6b中，由于目标相位值pt小于目前相位值pc”，所以相位驱动值b”为负数(b
″
＝pt-pc
″
＜0)。类似于图5b，因为)反应图6b的相位间隔(即相位p
m 1
与相位p
m
的距离)，所以新的同样是根据当下的相位间隔(与成比例)来决定。
35.上述的相位阈值调整机制可以根据模拟前端电路110当下所操作的相位区间(大的相位间隔或是小的相位间隔)来决定新的相位阈值。因此，当模拟前端电路110的目前相位值pc由大的相位间隔移动小的相位间隔时(如图5a和图5b所示)，计算电路140减小相位阈值p
th
，以避免系统无法及时调整相位而导致与传送端不同步。另一方面，当模拟前端电路110的目前相位值pc由小的相位间隔移动大的相位间隔时(如图6a和图6b所示)，计算电路140增加相位阈值p
th
，以避免频繁的相位调整对系统所造成的暂态误差(error)或是信噪比下降。
36.本领域普通技术人员可以根据图3的流程以逻辑电路、数字信号处理器(digital signal processor,dsp)、有限状态机，或是等效的电路来实施计算电路140。接收端100可应用于有线的环境或是无线的环境。
37.由于本领域普通技术人员可通过本公开的装置发明的公开内容来了解本公开的方法发明的实施细节与变化，因此，为避免赘述，在不影响该方法发明的公开要求及可实施性的前提下，重复的说明在此予以省略。请注意，前述图示中，元件的形状、尺寸、比例以及步骤的顺序等仅为示意，是供本领域普通技术人员了解本发明之用，非用以限制本发明。
38.虽然本发明的实施例如上所述，然而这些实施例并非用来限定本发明，本领域普通技术人员可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范围，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的权利要求书所界定的为准。
39.附图标记说明
40.100:接收端
41.110:模拟前端电路
42.120:模拟数字转换器
43.130:鉴相器
44.140:计算电路
45.150:存储器
46.b1～b8,b,b',b”:相位驱动值
47.pt:目标相位值
48.pc,pc',pc”:目前相位值
49.p
th
:相位阈值
50.s310～s370:步骤