В последовательной передаче цифровых данных восстановление тактовой частоты — это процесс извлечения информации о времени из самого потока последовательных данных, что позволяет точно определять время данных в потоке без отдельной информации о времени. Это широко используется в передаче данных ; похожая концепция, используемая в аналоговых системах, таких как цветное телевидение, известна как восстановление несущей .
Последовательные данные обычно отправляются в виде серии импульсов с четко определенными временными ограничениями. Это представляет проблему для принимающей стороны; если их собственные локальные часы не точно синхронизированы с передатчиком, они могут сделать выборку сигнала в неправильное время и, таким образом, неправильно декодировать сигнал. Это можно решить с помощью чрезвычайно точных и стабильных часов, таких как атомные часы , но они дороги и сложны. Более распространенные недорогие системы часов, такие как кварцевые генераторы , достаточно точны для этой задачи в течение коротких периодов времени, но в течение нескольких минут или часов дрейф в этих системах сделает синхронизацию слишком неточной для большинства задач.
Восстановление часов решает эту проблему путем внедрения информации о часах в поток данных, что позволяет определить синхронизацию часов передатчика. Обычно это принимает форму коротких сигналов, вставленных в данные, которые можно легко увидеть, а затем использовать в контуре фазовой автоподстройки частоты или аналогичном регулируемом генераторе для создания локального тактового сигнала, который можно использовать для синхронизации сигнала в периоды между тактовыми сигналами. Преимущество этого подхода заключается в том, что небольшой дрейф в часах передатчика может быть компенсирован, поскольку приемник всегда будет соответствовать ему в определенных пределах.
Термин чаще всего используется для описания цифровой передачи данных, в этом случае весь сигнал подходит для восстановления тактовой частоты. Например, в случае ранних модемов 300 бит/с синхронизация сигнала восстанавливалась из переходов между двумя частотами, используемыми для представления двоичных 1 и 0. Поскольку некоторые данные могут не иметь никаких переходов, например, длинная строка нулей, к сигналу добавляются дополнительные биты, стартовые и стоповые биты. Они гарантируют, что есть по крайней мере два перехода каждые 1 ⁄ 30 секунды, что достаточно, чтобы позволить приемнику точно установить свой локальный генератор.
Базовая концепция также используется в более широком спектре областей, включая нецифровые применения. Например, пионерский беспроводной набор номер 10 использовал восстановление тактовой частоты для надлежащего сэмплирования аналоговых импульсно-кодовых модулированных голосовых сигналов, которые он передавал.
Другой пример этой концепции используется в системах цветного телевидения . Цветовая информация передается на очень специфической частоте, которая может дрейфовать от станции к станции. Для того чтобы приемники точно соответствовали собственной несущей частоте передатчика , передатчик посылает короткий пакет сигнала в неиспользуемое пространство перед началом строки сканирования. Этот сигнал цветовой синхронизации используется для питания локального генератора в телевизоре, который затем использует этот локальный сигнал для декодирования цветовой информации в строке. В этих примерах эта концепция известна как восстановление несущей .
Некоторые потоки цифровых данных, особенно высокоскоростные последовательные потоки данных (такие как необработанный поток данных с магнитной головки дисковода и последовательные коммуникационные сети, такие как Ethernet ), отправляются без сопровождающего тактового сигнала . Приемник генерирует тактовый сигнал из приблизительной опорной частоты, а затем выравнивает фазу тактового сигнала с переходами в потоке данных с помощью фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Это один из методов выполнения процесса, обычно известного как восстановление тактовой частоты и данных (CDR). Другие методы включают использование автоподстройки частоты и избыточную выборку потока данных. [1]
Передискретизация может быть выполнена вслепую с использованием нескольких фаз свободно работающих часов для создания нескольких выборок входных данных и последующего выбора лучшей выборки. Или можно использовать счетчик, который управляется тактовой частотой выборки, работающей с некоторой кратностью частоты потока данных, при этом счетчик сбрасывается при каждом переходе потока данных, а поток данных выбирается с некоторым предопределенным числом. Эти два типа передискретизации иногда называются пространственной и временной соответственно. [ требуется ссылка ] Наилучший коэффициент битовых ошибок (BER) получается, когда выборки берутся как можно дальше от любых переходов потока данных. [2] В то время как большинство конструкций передискретизации с использованием счетчика используют частоту тактовой частоты выборки, которая является четным кратным потока данных, нечетное кратное лучше подходит для создания точки выборки дальше от любых переходов потока данных и может делать это почти на половине частоты конструкции, использующей четное кратное. В CDR типа передискретизации сигнал, используемый для выборки данных, может использоваться в качестве восстановленных часов.
Восстановление тактовой частоты очень тесно связано с проблемой восстановления несущей , которая представляет собой процесс воссоздания версии несущей с фазовой синхронизацией при использовании схемы модуляции подавленной несущей . Эти проблемы были впервые рассмотрены в статье 1956 года, в которой был представлен метод восстановления тактовой частоты, теперь известный как петля Костаса . [3] С тех пор было разработано много дополнительных методов.
Для того чтобы эта схема работала, поток данных должен переходить достаточно часто, чтобы скорректировать любой дрейф в генераторе ФАПЧ. Предел того, как долго блок восстановления тактовой частоты может работать без перехода, известен как его максимальная спецификация последовательных идентичных цифр (CID). Чтобы обеспечить частые переходы, используется некий вид самосинхронизирующегося сигнала , часто кодирование с ограниченной длиной серии ; кодирование 8b/10b очень распространено, в то время как манчестерское кодирование служит той же цели в старых версиях локальных сетей 802.3 .
