光时钟恢复系统及方法 |
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申请号 | CN202311804133.X | 申请日 | 2023-12-25 | 公开(公告)号 | CN117917873A | 公开(公告)日 | 2024-04-23 |
申请人 | 深圳市聚亿芯电子有限公司; | 发明人 | 黄崇林; | ||||
摘要 | 本 发明 涉及光通信技术领域,并公开了一种光时钟恢复系统及方法,本发明通过将待恢复时钟的光 信号 转换为 电信号 ,并将电信号输出至 数字信号 处理模 块 ;输出配置指令至数字 信号处理 模块,在配置指令中的数字信号配置速率与电信号匹配时,进行信号 锁 定,控制指示模块进行相应的锁定指示,并配置数字信号处理模块,以使时钟输出模块输出待恢复时钟的 光信号 中恢复的时钟。本发明具有支持单模多模光信号输入、信号锁定快、稳定且输出时钟抖动小的技术效果。 | ||||||
权利要求 | 1.一种光时钟恢复系统,其特征在于,所述光时钟恢复系统包括光信号输出模块、光信号转换模块、数字信号处理模块、可编程时钟模块、控制模块、时钟输出模块以及指示模块,所述控制模块分别与所述光信号转换模块、数字信号处理模块、可编程时钟模块以及指示模块连接,所述数字信号处理模块分别与所述光信号输出模块、所述光信号转换模块、所述可编程时钟模块以及所述时钟输出模块连接; |
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说明书全文 | 光时钟恢复系统及方法技术领域[0001] 本发明光通信技术领域,尤其涉及一种光时钟恢复系统及方法。 背景技术[0002] 随着数据中心、基站等高速发展,各种接口的速率不断提升;光模块的眼图测试需要CDR恢复出来的时钟进行测试,目前市场上的设备不支持单多模,导致无法满足生产测试的需要,而4*100G/8*100G光模块等单通道速率达到100Gpcs,要测试光眼图,必须从光信号中恢复时钟出来才能准确测试光眼图。 [0003] 单波100G时钟恢复是国内设计难题,市场上大多数时钟恢复设备,采用模拟CDR芯片,由于需要外加精准相位匹配电路;容易频偏导致时钟信号不稳定等;达到100Gbps的速率要求对时钟恢复技术提出了更高的要求,因为需要快速而精确地恢复时钟信号,以确保数据的正确传输和解调,目前市场上很多时钟恢复设备采用模拟CDR芯片。尽管这些芯片在一定程度上能够实现时钟恢复,但它们可能需要额外的精准相位匹配电路以及更复杂的电路设计来应对高速率下的挑战,高速率下的信号可能受到频偏的影响,这可能会导致时钟信号的不稳定性,进而影响数据的准确传输。 [0004] 上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案,并不代表承认上述内容是现有技术。 发明内容[0005] 本发明的主要目的在于提供一种光时钟恢复系统及方法,旨在解决现有技术输出时钟信号不稳定的技术问题。 [0006] 为实现上述目的,本发明提供一种光时钟恢复系统,所述光时钟恢复系统包括光信号输出模块、光信号转换模块、数字信号处理模块、可编程时钟模块、控制模块、时钟输出模块以及指示模块,所述控制模块分别与所述光信号转换模块、数字信号处理模块、可编程时钟模块以及指示模块连接,所述数字信号处理模块分别与所述光信号输出模块、所述光信号转换模块、所述可编程时钟模块以及所述时钟输出模块连接; [0007] 所述光信号输出模块,用于将待恢复时钟的光信号传输至所述光信号转换模块; [0008] 所述光信号转换模块,用于将所述光信号转换为电信号,并将所述电信号输出至所述数字信号处理模块; [0009] 所述控制模块,用于输出配置指令至所述数字信号处理模块,在所述配置指令中的数字信号配置速率与所述电信号匹配时,进行信号锁定,控制所述指示模块进行相应的锁定指示,并配置所述数字信号处理模块,以使所述时钟输出模块输出所述待恢复时钟的光信号中恢复的时钟。 [0010] 可选地,所述数字信号处理模块包括高速差分接收单元、内部时钟单元、LTX通道和MCLK通道,所述高速差分接收单元分别与所述光信号转换模块、内部时钟单元连接,所述内部时钟单元分别和所述LTX通道、MCLK通道连接; [0011] 所述高速差分接收单元,用于接收光信号转换模块转换来的电信号,并从所述电信号中提取得到同步时钟信号; [0012] 所述内部时钟单元,用于对所述同步时钟信号调整带宽并滤波处理得到低抖动的时钟信号; [0013] 所述内部时钟单元,还用于控制所述数字信号处理模块内部所有的时钟链路; [0014] 所述LTX通道和所述MCLK通道,用于输出所述低抖动的时钟信号到时钟输出模块。 [0015] 可选地,所述控制模块通过网络接口和外部的智能终端连接; [0016] 所述网络接口用于接收智能终端的配置指令,以使所述控制模块控制所述数字信号处理模块输出需要的时钟。 [0018] 此外,为实现上述目的,本发明还提供一种光时钟恢复方法,所述光时钟恢复方法应用于如上文所述的光时钟恢复系统,所述光时钟恢复系统包括光信号输出模块、光信号转换模块、数字信号处理模块、可编程时钟模块、控制模块、时钟输出模块以及指示模块,所述光时钟恢复方法包括以下步骤: [0019] 对所述数字信号处理模块进行配置; [0020] 当所述数字信号处理模块的配置速率和所述光信号转换模块传输的电信号匹配时,控制所述数字信号处理模块锁定所述电信号; [0021] 控制所述数字信号处理模块对所述电信号处理得到低抖动的时钟信号; [0022] 通过所述时钟输出模块对所述低抖动的时钟信号进行输出。 [0023] 可选地,所述对所述数字信号处理模块进行配置,包括: [0024] 控制可编程时钟模块提供工作时钟到所述数字信号处理模块,并下载数字信号控制程序,以控制所述数字信号处理模块,实现对所述数字信号处理模块的配置。 [0025] 可选地,所述当所述数字信号处理模块的配置速率和所述光信号转换模块传输的电信号匹配时,控制所述数字信号处理模块锁定所述电信号,包括: [0026] 通过USB接口接收外部输入的控制指令,控制所述数字信号处理模块的配置速率和所述电信号匹配; [0027] 当所述数字信号处理模块的配置速率不匹配或所述数字信号处理模块接收的电信号太弱时,控制指示模块亮红灯; [0028] 当所述数字信号处理模块的配置速率匹配时,控制所述数字信号处理模块锁定所述电信号,控制所述指示模块亮绿灯。 [0029] 可选地,所述控制所述数字信号处理模块对所述电信号处理得到低抖动的时钟信号,包括: [0030] 通过所述数字信号处理模块从锁定的电信号提取出同步时钟信号,将所述同步时钟信号传输到内部时钟单元; [0031] 通过所述内部时钟单元的滤波器对所述同步时钟信号的带宽进行调整,并进行滤波处理,得到低抖动的时钟信号。 [0032] 可选地,所述得到低抖动的时钟信号之后,还包括: [0033] 当需求输出预设频率范围的时钟信号时,通过MCLK通道对所述低抖动的时钟信号输出; [0034] 当需求输出超出预设频率范围的时钟信号时,通过LTX通道对所述低抖动的时钟信号输出。 [0035] 可选地,还包括: [0036] 对MCLK通道或LTX通道输出的低抖动的时钟信号进行分频比设置,得到分频后的时钟信号; [0037] 将所述分频后的时钟信号传输到时钟输出模块; [0038] 通过所述时钟输出模块进行时钟输出。 [0039] 本发明提出的一种光时钟恢复系统及方法,通过将待恢复时钟的光信号转换为电信号,并将电信号输出至数字信号处理模块;输出配置指令至数字信号处理模块,在配置指令中的数字信号配置速率与电信号匹配时,进行信号锁定,控制指示模块进行相应的锁定指示,并配置数字信号处理模块,以使时钟输出模块输出待恢复时钟的光信号中恢复的时钟。本发明具有支持单模多模光信号输入、信号锁定快、稳定且输出时钟抖动小的技术效果。该系统及方法使用硅光材料,对单模和多模信号均有较好的响应度,从而实现支持单多模的时钟恢复设备。附图说明 [0041] 图2为本发明光时钟恢复系统第一实施例中数字信号处理模块的结构框图; [0042] 图3为本发明光时钟恢复系统第一实施例中DSP提取时钟内部实现流程框图; [0043] 图4为本发明光时钟恢复方法第一实施例的流程示意图; [0044] 图5为本发明光时钟恢复方法第二实施例的流程示意图。 [0045] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。 具体实施方式[0046] 应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。 [0047] 本发明实施例提供了一种光时钟恢复系统,参照图1,图1为本发明光时钟恢复系统第一实施例的结构框图。 [0048] 本实施例中,所述光时钟恢复系统包括光信号输出模块10、光信号转换模块20、数字信号处理模块30、可编程时钟模块40、控制模块50、时钟输出模块60以及指示模块70,所述控制模块50分别与所述光信号转换模块20、数字信号处理模块30、可编程时钟模块40以及指示模块70连接,所述数字信号处理模块30分别与所述光信号输出模块10、所述光信号转换模块20、所述可编程时钟模块40以及所述时钟输出模块60连接; [0049] 在本实施例中,所述光信号输出模块10,用于将待恢复时钟的光信号传输至所述光信号转换模块20; [0050] 在本实施例中,所述光信号转换模块20,用于将所述光信号转换为电信号,并将所述电信号输出至所述数字信号处理模块30; [0051] 在具体实现中,通过光信号转换模块将光信号输出模块传输的光信号转化为电信号,再将电信号传输到DSP模块。 [0052] 在本实施例中,所述控制模块50,用于输出配置指令至所述数字信号处理模块30,在所述配置指令中的数字信号配置速率与所述电信号匹配时,进行信号锁定,控制所述指示模块70进行相应的锁定指示,并配置所述数字信号处理模块30,以使所述时钟输出模块60输出所述待恢复时钟的光信号中恢复的时钟。 [0053] 需要说明的是,光信号输出模块10可以是FC/PC接口,FC/PC(Fiber Connector/Physical Contact)接口是一种用于光纤连接的标准化接口,光信号转换模块20可以是光探测器,光探测器是一种光电传感器包括光二极管、光电探测器阵列、光电倍增管、光电导等,用于将光信号转换为电信号,数字信号处理模块30主要是一个DSP模块,控制模块50可以是MCU控制单元,MCU(Microcontroller Unit),中文称为微控制器单元,是一种集成了中央处理器(CPU)、内存(RAM和/或ROM)、输入/输出端口、定时器、计数器等核心功能的微型计算机系统。 [0054] 应理解的是,可编程时钟模块只是给DSP提供工作的时钟。 [0055] 如图2所示,图2为本发明光时钟恢复系统第一实施例中数字信号处理模块的结构框图,所述数字信号处理模块30包括高速差分接收单元、内部时钟单元、LTX通道和MCLK通道,所述高速差分接收单元分别与所述光信号转换模块、内部时钟单元连接,所述内部时钟单元分别和所述LTX通道、MCLK通道连接; [0056] 所述高速差分接收单元,用于接收光信号转换模块转换来的电信号,并从所述电信号中提取得到同步时钟信号; [0057] 需要说明的是,高速差分接收单元接收到的是光电探测器转换过来数据信号。 [0058] 所述内部时钟单元,用于对所述同步时钟信号调整带宽并滤波处理得到低抖动的时钟信号; [0059] 需要说明的是,由于通常时钟通道带宽不会太高,因此需要调整带宽并滤波处理。 [0060] 所述内部时钟单元,还用于控制所述数字信号处理模块内部所有的时钟链路; [0061] 所述LTX通道和所述MCLK通道,用于输出所述低抖动的时钟信号到时钟输出模块。 [0062] 需要说明的是,内部时钟单元可以是DSP模块内部的PLL时钟。 [0063] 进一步地,所述控制模块通过网络接口和外部的智能终端连接; [0064] 所述网络接口用于接收智能终端的配置指令,以使所述控制模块控制所述数字信号处理模块输出需要的时钟。 [0065] 进一步地,所述光信号转换模块采用硅光材料。 [0066] 需要说明的是,PD使用硅光材料的PD,硅光材料PD对单模和多模信号均有较好的响应度,从而实现支持单多模的时钟恢复设备; [0067] 如图3所示,图3为本发明光时钟恢复系统第一实施例中DSP提取时钟内部实现流程框图。通过RX(DSP的高速差分接收单元)获取date(电信号),对电信号进行RECOVERY CLOCK(信号锁定),从锁定的电信号中提取得到同步时钟信号,传输到PLL(内部时钟单元),通过PLL内的滤波器进行带宽调整并滤波处理得到时钟信号,此时时钟信号可以从两种通道输出,一是MCLK通道,二是LTX通道,对MCLK通道和LTX通道传输的时钟信号进行分频比设置后进行时钟输出。 [0068] 本实施例通过一种光时钟恢复系统,将待恢复时钟的光信号转换为电信号,并将电信号输出至数字信号处理模块;输出配置指令至数字信号处理模块,在配置指令中的数字信号配置速率与电信号匹配时,进行信号锁定,控制指示模块进行相应的锁定指示,并配置数字信号处理模块,以使时钟输出模块输出待恢复时钟的光信号中恢复的时钟,具有支持单模多模光信号输入、信号锁定快、稳定且输出时钟抖动小的技术效果。 [0069] 本发明实施例还提供了一种光时钟恢复方法,参照图4,图4为本发明光时钟恢复方法第一实施例的流程示意图。 [0070] 本实施例中,所述应用于如上文所述的光时钟恢复系统,包括以下步骤: [0071] 步骤S10:对数字信号处理模块进行配置。 [0072] 需要说明的是,数字信号处理模块是一种电子模块或集成电路,专门设计用于对数字信号进行处理。数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)是一种通过算法和数学运算来处理数字信号的技术。通常包含硬件和/或软件组件,用于执行各种信号处理任务。 [0073] 应理解的是,数字信号处理模块内还具有时钟和定时单元:用于同步和定时处理的时钟单元,确保数字信号处理模块按照预定的时序进行操作。 [0074] 进一步地,控制可编程时钟模块提供工作时钟到数字信号处理模块,并下载数字信号控制程序,以控制数字信号处理模块,实现对数字信号处理模块的配置。 [0075] 需要说明的是,可编程时钟模块是一种电子模块或集成电路,它具有可编程性,允许用户调整和配置时钟信号的频率、相位和其他相关参数,给DSP提供工作的时钟。 [0076] 可理解的是,数字信号控制程序可以是通过C语言、MATLAB/Simulink、VHDL/Verilog或者Python来进行编写的。 [0077] 在具体实现中,MCU控制可编程时钟提供时钟给DSP提供工作的时钟,同时给DSP下载初始化软件。 [0078] 步骤S20:当数字信号处理模块的配置速率和光信号转换模块传输的电信号匹配时,控制数字信号处理模块锁定电信号。 [0079] 需要说明的是,时钟的设置确保数字信号处理模块的时钟频率和光信号转换模块传输的电信号速率匹配,如果有多个模块或设备需要同步时钟,确保它们使用相同的时钟源或通过专门的同步信号进行同步。 [0080] 可理解的是,在配置过程中,需要确保数字信号处理模块能够接收和处理与光信号转换模块输出的电信号相匹配的信号标准。这可能包括不同的电平、协议、波特率等设置,确保数字信号处理模块的输入接口或端口能够适应光信号转换模块输出的信号类型。有时,可能需要使用适配器或转换器来处理不同类型的接口。 [0081] 应理解的是,数字信号处理模块锁定电信号是为了捕捉和稳定输入信号。 [0082] 在具体实现中,当检测到数字信号处理模块的配置速率和光信号转换模块传输的电信号相匹配时,锁定电信号。 [0083] 进一步地,通过接收外部输入的控制指令,控制数字信号处理模块的配置速率和电信号匹配;当数字信号处理模块的配置速率不匹配或数字信号处理模块接收的电信号太弱时,控制指示模块亮红灯;当数字信号处理模块的配置速率匹配时,控制数字信号处理模块锁定电信号,控制指示模块亮绿灯。 [0084] 需要说明的是,外部输入的控制指令是通过USB接口连接电脑,由用户通过电脑来输入控制指令的。 [0085] 应理解的是,控制指示模块可以是指示灯,亮灯的颜色也可以根据实际需要进行调整。 [0086] 可理解的是,当数字信号处理模块的配置速率不匹配或数字信号处理模块接收的电信号太弱时,此时无法正常进行时钟恢复,需要进一步输入控制指令或由数字信号处理模块进行自适应调整,以使配置速率和输入信号匹配。 [0087] 在具体实现中,通过USB连接电脑接收控制指令,控制数字信号处理模块的配置速率和电信号匹配;当数字信号处理模块的配置速率不匹配或数字信号处理模块接收的电信号太弱时,控制指示灯亮红灯;当数字信号处理模块的配置速率匹配时,控制数字信号处理模块锁定电信号,控制指示灯亮绿灯。 [0088] 步骤S30:控制数字信号处理模块对电信号处理得到低抖动的时钟信号。 [0089] 需要说明的是,低抖动的时钟信号是指具有非常稳定和一致的时钟信号,其相位和频率变化非常小。抖动是指时钟信号在时间域内的随机或周期性波动。在需要高精度、高可靠性或者对信号稳定性要求较高的领域,低抖动的时钟信号是至关重要的。 [0090] 在具体实现中,通过数字信号处理模块中的内部PLL时钟切换,并调整恢复时钟链路带宽,从而得到高质量的低抖动输出时钟。 [0091] 步骤S40:通过时钟输出模块对低抖动的时钟信号进行输出。 [0092] 需要说明的是,时钟输出模块包含预设个SMA接口,SMA连接器是一种螺纹型连接器,提供了可靠的连接和断开方式。这对于光时钟恢复模块与其他设备之间的频繁连接和断开是非常有用的,比如在调试或维护过程中。 [0093] SMA接口通常用于传输高频时钟信号。这可以是从光纤接收的光信号中恢复的时钟信号。SMA接口提供了一个高频传输的通道,确保时钟信号能够在各个组件之间高效传递。 [0094] 在具体实现中,通过时钟输出模块的SMA接口对低抖动的输出时钟进行输出。 [0095] 本实施例通过将待恢复时钟的光信号转换为电信号,并将电信号输出至数字信号处理模块;输出配置指令至数字信号处理模块,在配置指令中的数字信号配置速率与电信号匹配时,进行信号锁定,控制指示模块进行相应的锁定指示,并配置数字信号处理模块,以使时钟输出模块输出待恢复时钟的光信号中恢复的时钟。具有信号锁定快、稳定且输出时钟抖动小的技术效果,并且通过指示模块,让用户直观的观察目标光时钟恢复过程的进度。 [0096] 参考图5,图5为本发明光时钟恢复方法第二实施例的流程示意图。 [0097] 基于上述第一实施例,在本实施例中,为了对电信号处理,所述步骤S30,可以包括: [0098] 步骤S301:通过数字信号处理模块从锁定的电信号提取出同步时钟信号,将同步时钟信号传输到内部时钟单元。 [0099] 需要说明的是,同步时钟信号主要是为了对系统中的不同运算单元的时钟在某个偏差范围之间,使得在运算的过程中各单元所处的状态相同,时间同步主要是设置一个时钟为标准时间,在系统的工作过程中,其他计算单元通过网络或者其他通信方式获得标准时钟,然后去除通信延迟,将自己的时钟设置为标准时钟。 [0100] 步骤S302:通过内部时钟单元的滤波器对同步时钟信号的带宽进行调整,并进行滤波处理,得到低抖动的时钟信号。 [0101] 需要说明的是,在数字通信中,带宽是指系统能够传输的频率范围。带宽越宽,系统就能够传输更高频率的信号,从而在理论上可以实现更高的传输速率。然而,带宽的增加可能会引入更多的噪声和失真,因此在实际设计中需要权衡。 [0102] 滤波处理用于调整信号的频谱特性。滤波可以用于限制信号的带宽,去除不需要的频率分量,以及改善信号的品质。滤波处理的设计直接影响到系统的频率响应和信号的形状。 [0103] 由于通常时钟通道带宽不会太高,因此需要调整带宽并滤波处理。 [0104] 在具体实现中,调整恢复时钟链路带宽,从而得到高质量的低抖动输出时钟。 [0105] 进一步地,在本实施例中,所述步骤S302可以包括: [0106] 当需求输出预设频率范围的时钟信号时,通过MCLK通道对低抖动的时钟信号输出;当需求输出超出预设频率范围的时钟信号时,通过LTX通道对低抖动的时钟信号输出。 [0107] 需要说明的是,时钟信号可以从两种通道输出,一是MCLK通道,二是LTX通道,均可以通过DSP信息配置实现,MCLK通道通常涉及主时钟的传输,LTX通道的优势是幅度可以调整,通道带宽更足。 [0108] 再进一步地,对MCLK通道或LTX通道输出的低抖动的时钟信号进行分频比设置,得到分频后的时钟信号;将分频后的时钟信号传输到时钟输出模块;通过时钟输出模块进行时钟输出。 [0109] 需要说明的是,分频比设置通常涉及到在电子系统中设置一个时钟或频率分频器,以将输入信号的频率降低到所需的输出频率。分频比是输入频率与输出频率之比,用于确定分频的比例,当RX接收的数据信号是53.125GBaud,假如设置4分频,就是53.125GBaud/4=13.28125G的时钟信号进行输出。 [0110] 本实施例通过数字信号处理模块从锁定的电信号提取出同步时钟信号,将同步时钟信号传输到内部时钟单元,再通过内部时钟单元的滤波器对同步时钟信号的带宽进行调整,并进行滤波处理,得到低抖动的时钟信号。 [0111] 需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。 [0112] 上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。 |